BR112019018673B1 - Coprodução de metanol, amônia e ureia - Google Patents

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Abstract

Processo para a coprodução de metanol e amônia, juntamente com a produção de ureia a partir de uma alimentação de hidrocarbonetos, sem vazar para a atmosfera dióxido de carbono capturado do metanol ou gás de síntese de amônia e sem usar unidades caras de separação de ar e gás de água. A remoção de dióxido de carbono do gás de combustão da seção de reforma para converter parcial ou totalmente toda a amônia em ureia. Sinergia de ter a produção de metanol, amônia e ureia para produzir material de revestimento para a produção de ureia.

Description

[0001] A presente invenção se refere a um processo para a coprodução de metanol e amônia a partir de uma alimentação de hidrocarbonetos sem ventilar para a atmosfera dióxido de carbono capturado a partir do metanol e gás de síntese de amônia e sem utilizar etapas caras de separação de gás de água e dióxido de carbono. Mais particularmente, a invenção se refere a um processo sequencial e de circuito aberto (passagem única) para a coprodução de metanol e amônia sem separação de gás de água e remoção de dióxido de carbono e sem unidade de separação de ar usada na seção de reforma da instalação.
[0002] Processos atuais para coprodução de metanol e amônia envolvem geralmente processos paralelos nos quais uma seção de reforma comum é usada para gerar um gás de síntese que é dividido em fluxos paralelos separados, um dos quais é usado para a síntese de metanol e o outro para a síntese de amônia. A coprodução de metanol e amônia também pode ser conduzida sequencialmente ou em série, onde o gás de síntese produzido na seção de reforma é primeiro convertido em metanol e o gás não reagido contendo óxidos de carbono e hidrogênio é usado subsequentemente para a síntese de amônia. Separação 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 caras e complicadas para conduzir a separação e a remoção de dióxido de carbono.
[0003] Em um primeiro aspecto da presente invenção é fornecido um processo para coprodução de metanol, amônia e ureia, que é mais simples do que o processo corrente e que, ao mesmo tempo, permite a liberação mínima de dióxido de carbono para a atmosfera.
[0004] Em um segundo aspecto da presente invenção é fornecido um processo para coprodução de metanol, amônia e ureia que permite a utilização otimizada de duas linhas paralelas de produção de metanol.
[0005] Estas e outras vantagens são alcançadas pelo presente processo de coprodução de metanol, amônia e ureia a partir de uma matéria-prima de hidrocarboneto, compreendendo o referido processo as etapas de a) a partir de um primeiro processo de metanol, compreendendo uma primeira etapa de reforma e primeira etapa de conversão de metanol, obter um primeiro efluente compreendendo metanol e um primeiro efluente gasoso compreendendo nitrogênio, hidrogênio e óxidos de carbono não convertidos, e a partir de um segundo processo de metanol, compreendendo uma segunda etapa de reforma e uma segunda etapa de conversão de metanol, obter um segundo efluente compreendendo metanol e um segundo efluente gasoso compreendendo nitrogênio, hidrogênio e óxidos de carbono não convertidos; b) produzir um gás de síntese de amônia do primeiro e/ou do segundo efluente gasoso compreendendo nitrogênio, hidrogênio e óxidos de carbono não convertidos em uma fase de metanação catalítica comum e retirar o referido gás de síntese de amônia tendo de preferência uma razão molar de H2:N2 de 3:1; c) converter cataliticamente o nitrogênio e o hidrogênio do gás de síntese de amônia em um estágio comum de síntese de amônia e retirar um efluente compreendendo amônia e uma corrente de efluente gasoso compreendendo hidrogênio, nitrogênio e metano; e d) reagir pelo menos parte do efluente compreendendo amônia com pelo menos parte de um gás de combustão compreendendo CO2 a partir de pelo menos uma das primeira e segunda etapas de reforma para produzir ureia.
[0006] Em outras palavras, o requerente da presente invenção fornece um processo baseado em duas linhas paralelas de produção de metanol, cada uma compreendendo uma seção de reforma e uma seção de reação de metanol. Cada seção de reação de metanol proporciona produto metanol que pode ser enviado para processamento adicional, armazenamento, etc., bem como um efluente gasoso compreendendo nitrogênio, hidrogênio e óxidos de carbono não convertidos, o qual é altamente adequado como base para uma síntese de amônia após metanação. Além disso, o aspecto da emissão de CO2 de instalações e processos industriais é de interesse geral, tornando o processo atual de grande interesse, já que pelo menos parte do CO2 do gás de combustão das seções de reforma é usado para produzir ureia.
[0007] Como aqui utilizado, o termo “óxidos de carbono” significa os componentes monóxido de carbono e dióxido de carbono.
[0008] Como aqui utilizado, na metanação catalítica da etapa (b) o termo “remover os óxidos de carbono não convertidos” significa converter os óxidos de carbono não convertidos em metano. Isto é evidentemente diferente da remoção de dióxido de carbono através do uso de absorventes em lavagens gasosas ácidas, que a presente invenção elimina.
[0009] Por conseguinte, tal como aqui utilizado, o termo “remover dióxido de carbono” significa fases de remoção de CO2 altamente dispendiosas na forma de lavagem com gás ácido, tais como processos convencionais de lavagem de carbonato e MDEA.
[00010] De preferência, em cada um dos primeiro e segundo processos de metanol, são executados as seguintes etapas: l) produzir um gás de síntese de metanol contendo hidrogênio, óxidos de carbono e nitrogênio por reforma a vapor do fornecimento de hidrocarbonetos em uma seção de reforma compreendendo uma fase de reforma primária e secundária; m) converter cataliticamente os óxidos de carbono e hidrogênio do gás de síntese de metanol em um estágio de síntese de metanol de circuito aberto e retirar um efluente compreendendo metanol e um efluente gasoso compreendendo nitrogênio, hidrogênio e óxidos de carbono não convertidos.
[00011] Em vários arranjos, o estágio de reforma secundário é um estágio de reforma secundário por sopro de ar.
[00012] Como usado aqui, o termo "estágio de reforma primário" significa reforma sendo conduzida em um reformador de metano a vapor convencional (SMR), ou seja, reformador tubular com o calor necessário para a reforma endotérmica sendo provido pelo calor de radiação de queimadores, como queimadores dispostos ao longo das paredes do reformador tubular.
[00013] Como aqui utilizado, o termo “estágio de reforma secundário por sopro de ar” significa que a reforma é conduzida em um reator autotérmico ou em um reator de oxidação parcial catalítica usando ar.
[00014] Como aqui utilizado, o termo “estágio de síntese de metanol” significa que o metanol é produzido em pelo menos um reator catalítico operando em uma configuração de circuito aberto, ou seja, sem recirculação significativa (não mais de 5%, ou seja, menos de 5%, frequentemente 0%) do fluxo volumétrico de qualquer gás produzido na síntese de metanol de volta para pelo menos um reator de metanol do estágio de síntese de metanol, particularmente o efluente de gás contendo hidrogênio e óxidos de carbono não convertidos.
[00015] Ao fornecer as duas linhas paralelas de produção de metanol e uma etapa comum de metanação seguida por uma síntese comum de amônia, é fornecido um processo flexível, porém muito simples.
[00016] Ser capaz de controlar o fluxo/alimentação do gás de síntese de cada uma das duas seções de reforma para cada uma das duas etapas de síntese de metanol é vantajoso por várias razões.
[00017] Por exemplo, a primeiro e a segundo etapa de síntese de metanol de circuito aberto do primeiro e do segundo processos de metanol são controladas, pelo menos, controlando a quantidade de gás de síntese a partir da primeira e/ou da segunda etapa de reforma para a primeira e/ou a segunda etapa de produção de metanol.
[00018] O primeiro e o segundo processos de metanol podem ser interligados por uma linha de gás de síntese permitindo que o gás de síntese de cada uma das duas primeira e segunda etapas de reforma seja distribuído para cada uma das primeira e segunda etapas de metanol que, por exemplo, podem minimizar qualquer dilatação do gás de síntese para otimizar o consumo de energia e, assim, o dispêndio operacional (OPEX) e/ou maximizar o uso de uma seção de reforma frequentemente muito cara, utilizando as margens no projeto do compressor e o ciclo de desativação voluntariamente diferente na primeira e na segunda etapas do metanol.
[00019] O processo pode compreender outros processos paralelos de metanol. Ou seja, um ou mais processos adicionais de metanol podem ser trabalhados em paralelo com o processo de metanol duplo da invenção. Os processos paralelos de um, dois, três ou mais processos de metanol paralelos podem ser interligados por uma ou mais linhas de gás de síntese.
[00020] Em algumas modalidades, pelo menos uma parte do metanol do primeiro e/ou do segundo processos de metanol é convertida em formaldeído. Este formaldeído ou pelo menos parte do mesmo pode ser absorvido em solução aquosa de ureia com base em pelo menos parte da ureia para produzir UFC85 ou soluções equivalentes. O UFC85 pode ser adicionado à ureia como material de revestimento. O UFC85 é um concentrado que compreende 85% de formaldeído + ureia e 15% de água.
[00021] O presente pedido se refere ainda a uma instalação de coprodução de metanol, amônia e ureia.
[00022] Uma instalação compreende uma primeira e uma segunda linhas de processo de metanol paralelas, pelo menos um reator de metanação comum e pelo menos uma etapa comum de síntese de amônia, bem como uma seção de produção de ureia. Além disso, a instalação pode compreender com vantagem uma linha de síntese de interligação que permite a comunicação de fluido entre a primeira e segunda linhas de processo de metanol.
[00023] A instalação também pode compreender uma seção de produção de formaldeído e/ou uma seção de produção do UFC85.
[00024] Com a configuração do processo simples e de baixo custo (como na EP 2192082 B1), pode-se comprar duas linhas de metanol, onde cada uma é considerada de grande tamanho, e ganhar a flexibilidade de ter duas linhas em vez de uma linha grande.
[00025] Tipicamente, a seção de reforma seria a mais dispendiosa em termos de despesas de capital (CAPEX) e, portanto, o superdimensionamento muito limitado desta seção ocorreria. Considerando que o compressor de síntese normalmente teria uma margem de acordo com o código e padrão relevantes, e a síntese de metanol teria capacidade extra quando o catalisador é novo e ainda não foi desativado. Isso pode ser utilizado para ganhar flexibilidade e reduzir a economia de gás natural ao longo da vida útil do catalisador de metanol que seria tipicamente projetado para 3 a 4 anos. O catalisador de síntese de amônia desativa muito mais lentamente e pode durar tipicamente 20 anos e, portanto, não seguirá o ciclo de vida útil do catalisador como o catalisador de síntese de metanol. Em princípio, a síntese comum de amônia pode ser mantida em operação por toda a vida útil de seu catalisador, sendo sempre alimentada com gás de síntese de pelo menos uma da síntese de metanol.
[00026] Uma flexibilidade adicional pode ser obtida por meio de uma linha de gás de síntese interconectada entre as duas extremidades frontais (preparação do gás de síntese). Muito provavelmente, as duas sínteses de metanol seriam operadas de maneira que não tivessem substituição de catalisador simultaneamente. Uma síntese de metanol pode ter uma condição de catalisador de fim de curso (EOR) enquanto a outra ainda está na condição de início de funcionamento e ainda a capacidade total de síntese de metanol será suficiente para utilizar o gás de síntese produzido.
[00027] Esta linha de gás de síntese pode, por exemplo, ser usada durante a partida do primeiro processo de metanol enquanto o segundo processo de metanol está em operação alimentando o gás de síntese do primeiro processo de metanol sendo iniciado até o segundo processo de metanol ao invés de queima desde a primeira síntese de metanol devido ao início a sequência não estar disponível para operação.
[00028] Com processos de metanol e linha de gás de síntese interconectada, a seção de reforma dispendiosa em ambos os processos de metanol pode ser operada em sua capacidade máxima e duas sínteses de metanol e uma síntese comum de amônia podem converter todo o gás de síntese sendo produzido.
[00029] Um ciclo de síntese de amônia com uma capacidade de 750 a 960 MTPD é considerado pequeno, então as vantagens mais óbvias é ter uma linha comum de síntese de amônia para converter o gás de síntese de duas linhas de síntese de metanol. A capacidade total de amônia, em seguida, somaria uma capacidade de instalação de amônia de classe mundial de 1500 a 1920 e economias consideráveis de CAPEX podem ser alcançadas.
[00030] Tudo o mais relacionado à síntese de amônia também pode ser comum para as duas linhas de metanol, como (e não limitadas a) compressor de ar de processo, seção de metanação, seção de recuperação de hidrogênio e recuperação de amônia do gás de purga. Pelo menos a mesma economia relativa de CAPEX pode ser obtida para essas seções consideradas pequenas.
[00031] As etapas do processo Ureia e UFC85 aqui descritos podem também ser utilizadas em relação a um processo de coprodução de metanol e amônia de linha única, tal como um processo/instalação baseado basicamente em um único dos processos de metanol descritos conjuntamente com uma síntese de metanação e amônia. Por exemplo, um processo de coprodução como descrito no documento EP 2192082 B1.
[00032] De preferência, a matéria-prima de hidrocarbonetos é o gás natural, por exemplo, na forma de gás natural liquefeito (GNL) ou gás natural substituto (SNG).
[00033] Pela invenção, fazemos uso direto das reações que regem a reforma, a síntese de metanol e a síntese de amônia, de modo que o metanol e a amônia possam ser coproduzidos sem a extração do dióxido de carbono capturado do gás de síntese. A produção de hidrogênio por reforma a vapor é governada pela reação endotérmica CH4 + H2O = CO + 3 H2, enquanto a síntese de metanol na ausência de dióxido de carbono é governada pela reação CO + 2 H2 = CH3OH. Na presença de dióxido de carbono, o metanol também é gerado de acordo com a reação CO2 + 3 H2 = CH3OH + H2O. Idealmente, o gás de síntese de alimentação para a produção de metanol é um gás que contém a maior razão molar possível CO/CO2. A síntese de amônia ocorre de acordo com a reação N2 + 3 H2 = 2 NH3. Desde quando conduzindo o processo global, a reforma produz apenas 3 moles de hidrogênio, enquanto a síntese de metanol já leva 2 moles de hidrogênio e a síntese de amônia requer 3 moles de hidrogênio, foi restringido de propósito a quantidade de amônia a ser produzida a um terço a fim para poder usar o hidrogênio que está disponível de acordo com 1/3 (N2 + 3 H2 = 2 NH3). Assim, de certo modo, pela invenção propositadamente promovemos um mínimo de flexibilidade na separação do produto de metanol e amônia.
[00034] Esta medida simples e refinada permite a produção de cerca de 75 a 80% em peso de metanol e 20 a 25% em peso de amônia a qualquer momento em um processo que é mais simples e menos dispendioso do que os convencionais porque o processo elimina a necessidade de usar estágios de separação de gás de água altamente dispendioso para a conversão de monóxido de carbono em hidrogênio e dióxido de carbono e também elimina a necessidade de usar estágios de remoção de CO2 muito caros, isto é, lavagem com gás ácido, como os processos convencionais de lavagem de carbonato e MDEA. Os custos operacionais também são mantidos no mínimo, uma vez que não há necessidade de troca de catalisador de separação e não há necessidade de reposição de solvente nos processos de remoção de CO2. Isso contrasta com outros processos combinados para a produção de metanol e amônia, como a da JP 2000063115, em que é necessária uma remoção de dióxido de carbono altamente cara por meio de um decapante ou absorvedor de CO2 convencional para ajustar a relação CO2/CO no gás de síntese e, portanto, alcançar a flexibilidade no processo. Além disso, como a reforma secundária é conduzida em um reformador secundário por sopro de ar (reformador autotérmico por sopro de ar) a fim de fornecer o nitrogênio necessário, não há necessidade de Unidades de Separação de Ar (ASU) caras e volumosas, tornando o processo menos dispendioso do que os processos atuais, onde as usinas de ASU são frequentemente necessárias para suprimento de oxigênio em reformadores autotérmicos e nos quais a produção de nitrogênio resultante é normalmente usada em uma lavagem subsequente de nitrogênio.
[00035] O processo da presente invenção é ecologicamente correto porque não há emissões para os arredores do CO2 capturado a partir do metanol e do gás de síntese de amônia. Praticamente todo o monóxido de carbono (e dióxido de carbono) produzido no processo é usado para a síntese de metanol.
[00036] O processo é aplicável para qualquer capacidade de instalação incluindo instalações grandes que produzem mais de 2000 MTPD de amônia e metanol, por exemplo, 3000, 5000 MTPD ou até mais.
[00037] A etapa de síntese de metanol é preferencialmente conduzida por meios convencionais passando o gás de síntese a alta pressão e temperaturas, tais como 60 a 150 bar (6 a 15 MPa), preferivelmente 120 bar (12 MPa) e 150 a 300°C através de pelo menos um reator de metanol contendo pelo menos um leito fixo de catalisador de metanol. Um reator de metanol particularmente preferido é um reator de leito fixo arrefecido por um agente de arrefecimento adequado, tal como água fervente, por exemplo, reator de água fervente (BWR). Em uma modalidade específica, a etapa de síntese de metanol na etapa (b) é realizada 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 condensado que compreende em um invólucro comum um leito fixo de partículas de catalisador de metanol e meios de arrefecimento adaptados para arrefecer indiretamente o gás de síntese de metanol com um agente de arrefecimento e preferivelmente opera a pressões acima de 90 bar (9 MPa) e abaixo de 150 bar (15 MPa), mais preferencialmente acima de 110 bar (11 MPa) e abaixo de 130 bar (13 MPa), como descrito em nos pedidos de patente DK PA 2008 00261 e PA 2008 00260 depositados em 25 de fevereiro de 2008. O uso de um reator de metanol de acordo com estas aplicações permite a operação a pressões muito mais altas que os reatores de ebulição convencionais, que normalmente são cerca de 80 bar (8 MPa). Além disso, permite o uso de um único reator em vez de dois reatores convencionais de água fervente, reduzindo significativamente os custos da instalação. Além disso, uma vez que a pressão de operação no estágio de síntese de metanol pode ser mantida tão alta quanto cerca de 120 bar (12 MPa) ou até mais, há uma economia significativa em termos de tamanho de equipamento e custos totais de investimento, uma vez que a síntese de metanol é favorecida a altas pressões.
[00038] Por conseguinte, a invenção permite o funcionamento da seção de síntese de metanol e amônia a pressões operacionais semelhantes, por exemplo, 130 bar (13 MPa), o que implica um processo simplificado com poupanças significativas no tamanho do equipamento como mencionado acima. No entanto, é também possível operar a duas pressões operacionais diferentes, por exemplo, 80 bar (8 MPa) no estágio de síntese de metanol e 130 bar (13 MPa) (no estágio de síntese de amônia, o que implica economia de energia no estágio de síntese de metanol.
[00039] Na etapa (a) o efluente contendo metanol é de preferência um efluente líquido. Este efluente é obtido por arrefecimento e condensação do gás de síntese dos reatores de metanol. Por conseguinte, o processo da invenção pode ainda compreender o arrefecimento do gás de síntese retirado de cada reator de metanol para condensar metanol e passar o gás através de um separador, retirando uma fração inferior do separador contendo o metanol bruto, retirando uma fração superior contendo gás de síntese que é passado para o reator de metanol subsequente e forma um único efluente líquido contendo metanol, combinando as frações inferiores dos separadores de cada reator contendo o metanol bruto.
[00040] Entender-se-ia que o termo "reator de metanol", tal como aqui utilizado, abrange reatores adiabáticos de leito fixo e reatores arrefecidos, tais como reatores de água ferventes e reatores do tipo metanol condensado que compreendem dentro de um invólucro comum um leito fixo de partículas de catalisador de metanol e meios de arrefecimento adaptados para arrefecer indiretamente o gás de síntese de metanol com um agente de arrefecimento.
[00041] Uma vez que o estágio de síntese de metanol é de circuito aberto, não há necessidade de recirculação de uma parte da fração aérea do separador do reator de leito fixo adiabático de volta ao 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 o da JP 2000063115, em que a síntese de metanol envolve uma recirculação significativa do produto gasoso.
[00042] Na etapa (b) a etapa de metano catalítico para conversão de óxidos de carbono em metano conduzido em pelo menos um reator de metanação, que preferivelmente é um reator adiabático contendo um leito fixo de catalisador de metano.
[00043] Na etapa (c) o gás de síntese de amônia da fase de metanação contendo a proporção direita de hidrogênio e nitrogênio (preferencialmente razão molar H2:N2 de 3:1) é opcionalmente passado através de um compressor para obter a pressão de síntese de amônia requerida, tal como 120 a 200 bar (12 a 20 MPa), preferivelmente cerca de 130 bar (1,3 MPa) A amônia é então produzida de um modo convencional por meio de um ciclo de síntese de amônia compreendendo pelo menos um conversor de amônia contendo pelo menos um leito fixo de catalisador de amônia, com arrefecimento intercalado. O efluente contendo amônia contém também hidrogênio, nitrogênio e inertes como metano e argônio. A amônia pode ser recuperada do efluente contendo amônia como amônia líquida por condensação e subsequente separação. De um modo preferido, uma corrente de efluente gasoso contendo hidrogênio, nitrogênio e metano é retirada da etapa de síntese de amônia, como também é um fluxo rico em hidrogênio (> 90% em volume de H2). Estas correntes podem, por exemplo, derivar de uma unidade de recuperação de gás de purga. De um modo preferido, esta corrente de hidrogênio é adicionada à etapa de síntese de metanol, por exemplo, combinando com o gás de síntese de metanol. A reciclagem desta corrente rica em hidrogênio permite uma maior eficiência no processo, uma vez que o hidrogênio útil é utilizado na síntese de metanol e subsequente síntese de amônia, em vez de ser simplesmente utilizado como combustível.
[00044] A fim de melhorar a eficiência energética do processo, a corrente de efluente gasoso contendo hidrogênio, nitrogênio e metano da etapa (c) é retornada para a etapa (a), ou seja, é retornada como combustível de gás para a seção de reforma da instalação, especificamente para a fase de reforma primária.
[00045] A capacidade da instalação de 3000 MTPD de metanol e 750 MTPD de amônia em coprodução é considerada de classe mundial, mas são solicitadas capacidades de instalação ainda maiores. Pela presente invenção, é fornecida uma instalação de linha de metanol duplo com capacidade de 2 x 3000 MTPD de metanol e 2 x 750 MTPD de amônia que pode ser competitiva contra outras tecnologias usualmente consideradas mais ótimas para a produção de gás de síntese para síntese de metanol; como reforma em duas etapas ou ATR.
[00046] A figura anexa mostra um diagrama de blocos simplificado do processo de acordo com uma modalidade específica da invenção, incluindo a reforma, o estágio de síntese de metanol, o estágio de metanação e o estágio de síntese de amônia.
[00047] Na primeira seção de reforma, o gás natural 1 é adicionado ao estágio primário de reforma 20 (reformador de vapor de metano) sob adição de vapor 2. O gás parcialmente reformado é então reformado em fase de reforma secundária 21 (reformador autotérmico) sob adição de ar 3. O gás de síntese de metanol 4 contendo hidrogênio, óxidos de carbono e nitrogênio é arrefecido em caldeira(s) de calor residual sob a produção de vapor e depois comprimido para pressão de síntese de metanol (não mostrado). No primeiro estágio de síntese de metanol 22 o gás de síntese de metanol 4 é convertido em operação de circuito aberto (operação de passagem única, sem recirculação) sob a produção de um efluente líquido 5 contendo metanol e um efluente gasoso 6 contendo nitrogênio, hidrogênio e óxidos de carbono não convertidos. Aproximadamente 80% em peso da capacidade total da instalação vai para a produção de metanol do efluente 5.
[00048] Na segunda seção de reforma, o gás natural 1B é adicionado ao estágio primário de reforma 20B (reformador de metano a vapor) sob adição de vapor 2B. O gás parcialmente reformado é então reformado no estágio de reforma secundária 21B (reformador autotérmico) sob adição de ar 3B. O gás de síntese de metanol 4B contendo hidrogênio, óxidos de carbono e nitrogênio é arrefecido em caldeira(s) de calor residual sob a produção de vapor e depois comprimido para pressão de síntese de metanol (não mostrado). No segundo estágio de síntese de metanol 22B o gás de síntese de metanol 4B é convertido em operação de circuito aberto (operação de passagem única, sem recirculação) sob a produção de um efluente líquido 5B contendo metanol e um efluente gasoso 6B contendo nitrogênio, hidrogênio e óxidos de carbono não convertidos. Aproximadamente 80% da capacidade total da instalação vai para a produção de metanol do efluente 5B.
[00049] Os óxidos de carbono nos efluentes gasosos 6 e 6B são hidrogenados a metano na etapa de metanação comum 23, gerando assim um gás de síntese de amônia 7 tendo uma razão molar de H2:N2 de 3:1. O gás de síntese de amônia 7 é então passado através da etapa de síntese de amônia 24 sob a produção de um efluente 8 contendo amônia e uma corrente de efluente 9 contendo hidrogênio, metano e nitrogênio que é tratado para originar dois fluxos de efluentes. O primeiro fluxo de efluente 11 é retornado como combustível de gás de exaustão para o estágio primário de reforma 20. O segundo fluxo de efluente 10, uma corrente rica em hidrogênio (> 90% em volume de H2) retornando ao estágio de síntese de metanol 22 combinando com o fluxo de síntese de metanol 4. Aproximadamente 20% em peso da capacidade total da instalação vai para a produção de amônia no efluente 8. A instalação evita o uso de Unidades de Separação de Ar (ASU), bem como os turnos de troca de gás de água e remoção de CO2.
[00050] A tabela seguinte mostra as temperaturas, pressões e taxas de fluxo das diferentes correntes para um processo de acordo com a Figura 1, onde é possível produzir aproximadamente 3000 MTPD de metanol e 750 MTPD de amônia apesar da utilização de uma matéria-prima difícil. A matéria-prima utilizada é o gás natural pesado (85% em volume de metano): TABELA
Figure img0001
[00051] O compressor de ar de processo 25 pode ser um comum ou um para cada seção de reforma.
[00052] A corrente 4/4B pode ser distribuída para os processos de metanol 22/22B, dependendo da atividade individual do catalisador, a fim de otimizar o OPEX através da linha 12.
[00053] O fluxo rico em hidrogênio 10/10B e o gás de escape 11/11B podem ser distribuídos para otimizar os requisitos do processo em seções de reforma e seções de síntese de metanol.
[00054] Pela natureza da coprodução de metanol e amônia a partir do gás natural, não haverá quantidade significativa de CO2 disponível no gás de processo a ser recuperado para a produção de ureia. Se for desejado usar parte ou toda a produção de amônia no processo apresentado, então o CO2 do gás de combustão de uma ou mais seções de reforma pode ser recuperado em uma seção de remoção de CO2 27.
[00055] Normalmente haveria CO2 suficiente no gás de combustão de uma seção de reforma para converter toda a amônia do gás efluente da seção de metanol na ureia. Assim, uma economia de escala pode ser alcançada para a instalação de ureia, seção 29.
[00056] Um material de revestimento amplamente utilizado na produção de ureia é o concentrado de ureia- formaldeído (UFC85) contendo até 85% de ureia + formaldeído e o equilíbrio é água, a fim de evitar a aglutinação do produto de ureia. A sinergia para produção do material de revestimento nesta invenção é clara uma vez que uma pequena corrente de metanol 16 é usada para produzir formaldeído e solução de ureia é necessária para a absorção de formaldeído para produzir UFC85 ou mais produtos UFC diluídos na seção 28.

Claims (15)

1. Processo de coprodução de metanol, amônia e ureia a partir de uma matéria-prima de hidrocarbonetos, o referido processo caracterizado por compreender as etapas de a) a partir de um primeiro processo de metanol, compreendendo uma primeira etapa de reforma e uma primeira etapa de conversão de metanol, obtendo um primeiro efluente compreendendo metanol e um primeiro efluente gasoso compreendendo hidrogênio, nitrogênio e óxidos de carbono não convertidos; e a partir de um segundo processo de metanol, compreendendo uma segunda etapa de reforma e uma segunda etapa de conversão de metanol, obter um segundo efluente compreendendo metanol e um segundo efluente gasoso compreendendo hidrogênio, nitrogênio e óxidos de carbono não convertidos. o primeiro processo de metanol é operado em paralelo com o segundo processo de metanol; b) produzir um gás de síntese de amônia a partir do primeiro e/ou do segundo efluente gasoso em uma fase de metanação catalítica comum e retirar o referido gás de síntese de amônia tendo preferência de uma razão molar de H2:N2 de aproximadamente 3:1; c) converter cataliticamente o nitrogênio e o hidrogênio do gás de síntese de amônia em um estágio de síntese de amônia comum e retirar um efluente compreendendo amônia e uma corrente de gás de purga compreendendo hidrogênio, nitrogênio e/ou metano, e d) reagir pelo menos parte do efluente compreendendo amônia com pelo menos parte de um gás de combustão compreendendo CO2 de pelo menos uma das primeira e segunda etapas de reforma para produzir ureia.
2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que em cada um dos primeiro e segundo processos de metanol são executadas as seguintes etapas: 1) produzir um gás de síntese de metanol contendo hidrogênio, óxidos de carbono e nitrogênio por reforma a vapor do fornecimento de hidrocarbonetos em uma seção de reforma compreendendo uma fase de reforma primária e secundária; 2) converter cataliticamente os óxidos de carbono e hidrogênio do gás de síntese de metanol em um estágio de síntese de metanol de circuito aberto e retirar um efluente compreendendo metanol e um efluente gasoso compreendendo nitrogênio, hidrogênio e óxidos de carbono não convertidos.
3. Processo, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o estágio de reforma secundária é um estágio de reforma secundária soprado por ar.
4. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que a matéria-prima de hidrocarboneto é gás natural ou gás natural substituto (SNG) ou um gás compreendendo > 80% de metano.
5. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que a conversão de metanol dos primeiro e segundo estágios de síntese de metanol de circuito aberto dos primeiro e segundo processos de metanol são controlados pelo menos controlando a quantidade de gás de síntese da primeira e/ou da segunda etapa de reforma alimentada para o primeiro e/ou o segundo estágio de produção de metanol.
6. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que a síntese de metanol é realizada passando o gás de síntese através de um ou mais reatores de água fervente e subsequentemente através de um ou mais reatores de leito fixo adiabático.
7. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que a síntese de metanol é conduzida passando o gás de síntese através de um ou mais reatores de água fervente e subsequentemente através de um ou mais reatores arrefecidos a gás.
8. Processo, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o reator de água fervente está na forma de um único reator do tipo de metanol condensado que compreende dentro de um reservatório comum um leito fixo de partículas de catalisador de metanol e meios de arrefecimento adaptados para arrefecimento indireto do gás de síntese de metanol com um agente de arrefecimento.
9. Processo, de acordo com a reivindicação 7 ou 8, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente o arrefecimento do gás de síntese retirado de cada reator de metanol para condensar metanol e passar o gás através de um separador, retirando uma fração inferior do separador contendo o metanol bruto, retirando uma fração superior contendo gás de síntese que é passado para o reator de metanol subsequente, e formando um único efluente líquido contendo metanol combinando as frações inferiores dos separadores de cada reator contendo o metanol bruto.
10. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente a retirada de uma corrente rica em hidrogênio da corrente de gás de purga compreendendo hidrogênio, nitrogênio e metano e adicionando esta corrente à etapa (a).
11. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente a retirada de um gás da corrente de gás de purga compreendendo hidrogênio, nitrogênio e metano e adicionar esta corrente à etapa (a) como combustível.
12. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de compreender outros processos paralelos de metanol.
13. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma parte do metanol do primeiro e/ou do segundo processo de metanol é convertido em formaldeído.
14. Processo, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que o formaldeído é absorvido em solução aquosa de ureia com base em pelo menos parte da ureia para produzir UFC85.
15. Processo, de acordo com a reivindicação 13 ou 14, caracterizado pelo fato de que o UFC85 é adicionado à ureia como um revestimento.
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