BRPI0610246B1

BRPI0610246B1 - Processo para sintetizar metanol

Info

Publication number: BRPI0610246B1
Application number: BRPI0610246-8A
Authority: BR
Inventors: Terence James Fitzpatrick
Original assignee: Johnson Matthey Plc
Priority date: 2005-05-27
Filing date: 2006-05-09
Publication date: 2015-08-25
Also published as: EG26121A; CN101184714B; CN101184714A; NO20075861L; AU2006250932B2; GB0721920D0; RU2408567C2; DE112006001310T5; US20090018220A1; AU2006250932A1; RU2007149275A; MY144849A; WO2006126017A1; NO345189B1; GB2439707B; GB0510823D0; BRPI0610246A2; GB2439707A; US7786180B2

Description

PROCESSO PARA SINTETIZAR METANOL

Esta invenção se refere à síntese de metanol e especificamente à síntese de metanol a partir de um gás de síntese que é deficiente em hidrogênio. A síntese de metanol geralmente é realizada mediante passagem de um gás de síntese compreendendo hidrogênio, óxidos de carbono e quaisquer gases inertes em uma temperatura e pressão elevadas através de uma ou mais camadas de um catalisador de síntese de metanol, a qual frequentemente é uma composição contendo cobre. O metanol geralmente é recuperado mediante esfriamento do fluxo de gás de produto até abaixo do ponto de orvalho do metanol e separando o produto como um líquido. O processo é normalmente operado em um circuito fechado: desse modo o fluxo de gás não-reagido restante é normalmente reciclado para o reator de síntese como parte do gás de síntese por intermédio de um circulador. Gás de síntese novo, denominado gás de composição, é comprimido e adicionado ao gás não-reagido reciclado para formar o fluxo de gás de síntese. Um fluxo de purgação é freqüentemente tirado do fluxo de gás circulante para evitar o desenvolvimento de gases inertes. Tal processo é descrito, por exemplo, na EP ♦ 0329292.

Esse arranjo, contudo, é inadequado para os gases cujo índice estequiométrico (R), definido pela fórmula: é inferior a 2, significando que o gás é deficiente em H2 para a fabricação de metanol. Gases de síntese deficientes em hidrogênio podem ser obtidos a partir de processos de reforma incluindo uma etapa de oxidação parcial, tal como reforma autotérmica. Em tal caso, o hidrogênio será consumido na reação de síntese de metanol enquanto que uma parte substancial dos óxidos de carbono permanece não-reagída levando a uma composição no circuito fechado de síntese que tem níveis muito altos de óxidos de carbono,, mas tem baixo nível de hidrogênio. Isso tem várias conseqüências, entre elas que o volume de catalisador exigido será elevado e que o nível de subprodutos (alcoóis e cetonas superiores especificamente) será muito superior ao normal. É sabido que o hidrogênio pode ser recuperado a partir do fluxo de gás de purgação utilizando uma unidade de recuperação de hidrogênio e reciclado de volta para o gás de alimentação de modo que o gás dentro do circuito fechado de síntese é significativamente mais rico em H2 do que o gás de síntese. Contudo, uma das dificuldades com essa abordagem ê que para os gases de síntese que são muito deficientes em H2, é necessário recuperar grandes quantidades de H2 a partir do gás de purgação, e ter tal fluxo grande de gás de purgação significa ou operar o circuito fechado de síntese em baixa pressão ou ter uma relação baixa de fluxo de gás de reciclagem/fluxo de gás de síntese novo. Executar o circuito fechado de síntese em baixa pressão não é atraente para as instalações comerciais de grande escala devido ao tamanho da canalização, aos diâmetros de recipientes, etc., ao passo que executar com uma baixa relação de reciclagem pode impor restrições em relação ao reator de síntese de metanol que podem ser inaceitáveis. Por exemplo, uma baixa relação de reciclagem significa que usar o gás de circulação para esfriar a reação, seja em um reator tubular ou resfriado subitamente, é impossível de modo que a única opção é um reator de geração de vapor. Além disso, a baixa relação de reciclagem significa que a concentração de reagente na entrada para o reator é alta assim como serão elevadas as taxas de reação, de modo que para impedir temperaturas excessivas na camada de catalisador, o catalisador terá que ser instalado dentro dos tubos de um reator de geração de vapor tubular. Essa é uma escolha não atraente uma vez que leva à utilização insuficiente do volume dentro do invólucro do reator assim como a exigência de folhas de tubo extremamente grossas, pesadas. Existe também um limite para a pressão na qual o vapor pode ser gerado, de modo que utilização desse vapor pode complicar o modelo do sistema de vapor em tal instalação desse modo aumentando o custo e reduzindo a operabilidade e a confiabilidade.

Outra alternativa é a de considerar um fluxo secundário do gás de síntese novo, também denominado gás de composição (MUG), recuperar hidrogênio a partir do mesmo utilizando uma unidade de recuperação de hidrogênio, e alimentar esse hidrogênio de volta para o gás de síntese. Contudo, o empecilho para esse arranjo é que algum hidrogênio é perdido dentro da unidade de recuperação de hidrogênio antes dele chegar ao circuito fechado de síntese, e o gás de síntese, após enriquecimento com esse hidrogênio, terá agora um índice estequiométrico maior do que 2, de modo que o gás de purgação consistirá agora em uma porção significativa de H2 não-reagido. 0 efeito disso é que a quantidade de metanol produzido a partir de uma quantidade fixa de gás de síntese é reduzida, e assim uma unidade de geração de gás de síntese grande é necessária para uma determinada capacidade de produção. Como a unidade de geração de gás de síntese é a parte mais dispendiosa da instalação, gasto aumentado nessa área não é econômico.

Desse modo existe uma necessidade de prover um processo de síntese de metanol incluindo a etapa de recuperação de hidrogênio sem as desvantagens de qualquer um dos métodos.

Consequentemente a invenção provê um processo para sintetizar metanol compreendendo as etapas de: (i) reformar um insumo de hidrocarboneto e separar a água da mistura de gás reformada resultante para gerar um gás de composição compreendendo hidrogênio e óxidos de carbono, a mistura de gás de composição tendo um índice estequiométrico, R, definido pela fórmula; R = ([H2] - [C02] ) / ( [C02] + [CO] ) de menos do que 2,0, (ii) combinar o gás de composição com um gás de síntese não-reagido para formar uma mistura de gás de síntese, (iii) passar a mistura de gás de síntese em temperatura e pressão elevadas através de uma camada de catalisador de síntese de metanol para gerar um fluxo de produto compreendendo metanol e gás de síntese não-reagido, (iv) esfriar o fluxo de produto para recuperar um fluxo de metanol bruto a partir do gás de síntese não-reagido, (v) remover uma porção do gãs de síntese não-reagido como um gãs de purgação, e (vi) alimentar o gãs de síntese não-reagido restante para etapa (ii) caracterizado em que o hidrogênio é recuperado a partir de uma porção do gãs de purgação e de uma porção do gás de composição, e o hidrogênio recuperado é incluído na mistura de gãs de síntese. O gãs de composição compreendendo hidrogênio e õxido de carbono é obtido mediante reforma de um insumo de hidrocarboneto tal como metano, gãs natural, gãs associado ou nafta e remoção de água a partir da mistura de gãs reformada resultante. O processo de reforma pode compreender uma ou mais etapas de reforma a vapor e/ou oxidação parcial. Por exemplo, a reforma pode compreender a etapa de reforma a vapor primária na qual um hidrocarboneto e vapor, e opcionalmente dióxido de carbono, são passados através de tubos cheios com catalisador, externamente aquecidos em um reformador aquecido a gás ou inflamado por combustão e uma etapa de reforma secundária na qual os gases reformados primários, opcionalmente com hidrocarboneto adicional, são submetidos a uma etapa de combustão parcial com um gás contendo oxigênio, preferivelmente oxigênio substancialmente puro, e os gases parcialmente inflamados passados através de uma camada de catalisador de reforma a vapor. Em uma modalidade preferida, os gases reformados secundários são usados para aquecer externamente os tubos cheios com catalisador do reformador primário. Alternatívamente, o processo de reforma pode compreender uma etapa de reforma autotérmica na qual o insumo de hidrocarboneto é alimentado a um reformador onde ele ê primeiramente submetido à oxidação parcial com um gás contendo oxigênio e os gases parcialmente queimados quentes passados através de uma camada de catalisador de reforma a vapor. 0 vapor pode ser adicionado ao hidrocarboneto e/ou gás contendo oxigênio.

Catalisadores de reforma a vapor primários compreendem tipicamente níquel sobre um suporte refratário, por exemplo, alumina ou aluminato de cálcio. Catalisadores de reforma de vapor secundários e autotérmicos também compreendem tipicamente níquel em um suporte refratário. Alternativamente um catalisador de metal precioso pode ser empregado tal como platina, paládio e/ou ródio.

Adicionalmente o processo de reforma pode compreender uma ou mais etapas de reforma de vapor adiabática sobre uma camada de catalisador de reforma de vapor de níquel sustentado em temperaturas entre 450 e 650°C. Tal reforma de vapor à baixa temperatura adiabática, freqüentemente denominada pré-reforma, tem a vantagem de que hidrocarbonetos superiores são convertidos em metano e algum hidrogênio é gerado, desse modo reduzindo a possibilidade de formação de carbono no reformador de fluxo primário ou reformador autotérmico, especialmente em baixas razões de vapor. A mistura de gás reformada, dependendo do processo de reforma usado, pode estar em uma temperatura na faixa de 400-1150°C, uma pressão de 1000-3000 kPa abs e compreende diferentes quantidades de vapor, hidrogênio, óxidos de carbono, isto é, monóxido de carbono e dióxido de carbono, metano, e gases inertes tais como nitrogênio e argônio. O gás de composição é obtido preferivelmente a partir da mistura de gás reformada mediante esfriamento da mesma até abaixe do ponte de orvalho do vapor e separando a água condensada a partir da mistura de gás. O esfriamento pode ser realizado mediante troca de calor com água para gerar vapor. A mistura de gás reformada é preferivelmente esfriada até abaixo de 100°C, mais preferivelmente abaixo de 60°C para condensar a água. A mistura esfriada é preferivelmente alimentada a um separador onde a água condensada pode ser separada da mistura de gás. A água separada pode ser reciclada de forma útil para gerar vapor para realizar a etapa de reforma.

Qualquer que seja a forma em que o gás o de composição é gerado; ele deve ter um índice estequiométrico (R), definido pela fórmula; na qual [H2] , [C02] e [CO] são as concentrações de hidrogênio, dióxido de carbono e monóxido de carbono, respectivamente, de menos do que 2,0, preferivelmente menos do que 1,8. Desse modo ele é deficiente em hidrogênio para a etapa de síntese de metanol.

Na presente invenção um fluxo secundário de gás de composição é tirado para recuperação de hidrogênio. 0 restante é alimentado a um circuito fechado de síntese de metanol no qual uma mistura de gás de síntese, compreendendo c gás de composição e gás de síntese não-reagido contendo hidrogênio e óxidos de carbono, é alimentada a uma ou mais etapas da síntese de metanol por intermédio de um ou mais circuladores. A temperatura e a pressão do gás de composição são preferivelmente ajustadas de modo a ser adequado para síntese de metanol antes da alimentação da mesma ao circuito fechado de síntese de metanol por intermédio de compressores e trocadores de calor conhecidos daqueles versados na técnica. A síntese de metanol pode ser desejavelmente realizada em pressões na faixa de 4000-15000, e mais convenientemente na faixa de 4500-12000 kPa abs. A temperatura do catalisador de síntese está adequadamente na faixa de 160-300°C; preferivelmente a temperatura máxima está abaixo de 285°C. O gás de síntese preferivelmente entra na camada de catalisador em uma temperatura na faixa de 200-250°C e sai das camadas em temperaturas preferivelmente na faixa de 220-260°C. Tais temperaturas proporcionam uma taxa de saída de metanol aceitável (devido ao equilíbrio favorável) sem produzir o maior teor de impurezas de subproduto, e redução na durabilidade do catalisador, que resultaria da operação em temperaturas superiores. O catalisador de síntese de metanol é preferivelmente um catalisador baseado em cobre. Particularmente adequados são os catalisadores contendo cobre e compostos, por exemplo, óxidos de zinco, alumínio, cromo, titânio, zircônio, e/ou magnésio. 0 catalisador pode estar na forma de pelotas, tabletes ou extrudatos. Catalisadores particularmente preferidos são descritos em US 4788175. A etapa de síntese de metanol pode ser realizada em um reator de síntese de metanol do tipo conversor de esfriamento brusco ou em um reator no qual a camada de catalisador tem tubos de troca de calor imersos nela, através dos quais passa o gãs de síntese no caminho para a camada de catalisador, por exemplo, como descrito na EP 0082070. Alternativamente, pode ser usado um reator do tipo tubo de esfriamento, por exemplo, como descrito na ΞΡ 0081948, onde o calor exotérmico da síntese de metanol é removido por um fluxo de refrigerante, particularmente água, através de tubos de refrigerante dispostos na camada ou camadas de catalisador. Alternativamente, a camada de catalisador de tubo de esfriamento pode ser disposta em um recipiente de reação como uma camada anular com meio de entrada de gãs de síntese adjacente à periferia externa da camada e meio de saída de gãs de síntese reagido adjacente ao eixo do recipiente, de modo que o gãs de síntese flui radialmente no sentido para dentro através da camada de catalisador, isto é, em um reator de fluxo radial. Em um arranjo de fluxo radial, os tubos de refrigerante serão geralmente dispostos em planos perpendiculares ao eixo do recipiente. Um exemplo de um modelo de reator de fluxo radial adequado é mostrado na EP 1060788.

Mediante passagem da mistura de gãs de síntese em temperatura e pressão elevadas através de uma camada de catalisador de síntese de metanol, um fluxo de produto compreendendo metanol e gãs de síntese não-reagido é gerado, 0 metanol é recuperado mediante esfriamento do fluxo de produto para condensar o metanol bruto, o qual contém água e pequenas quantidades de alcoóis superiores e outros compostos, a partir do gás de síntese não-reagido. O metanol bruto pode então ser usado, mas, preferivelmente é enviado para uma ou mais etapas de destilação nas quais o metanol puro é separado da água, alcoóis superiores e outros subprodutos.

Como a etapa de síntese de metanol consome hidrogênio e óxidos de carbono o gás de síntese não-reagido pode se tornar enriquecido em gases inertes tais como nitrogênio e argônio, que são impurezas no gás contendo oxigênio e/ou hidrocarboneto. 0 metano não-reagido a partir da etapa de reforma também pode se desenvolver. O desenvolvimento de tais gases é indesejável e, portanto, uma porção do gás de síntese não-reagido é removida como um gás de purgação. A quantidade de gás de purgação dependerá da folha de fluxo exata. Preferivelmente o gás de síntese não-reagido restante é comprimido antes da mistura dele com o gás de composição. A mistura de gás de síntese resultante é preferivelmente aquecida antes de se alimentar a mesma ao reator de síntese de metanol.

Na presente invenção o hidrogênio é recuperado a partir de pelo menos uma porção do gás de purgação e a partir de uma porção do gás de composição e o hidrogênio recuperado é incluído na mistura de gás de síntese alimentado ao reator de síntese de metanol. Os gases de purgação e de composição compreendem hidrogênio e óxidos de carbono assim como pequenas quantidades de metano não-reagido e gases inertes. 0 hidrogênio pode ser recuperado a partir desses gases, o que pode ou não ser combinado de antemão, utilizando uma ou mais unidades de recuperação de hidrogênio. Essas unidades são conhecidas e podem funcionar por intermédio da assim chamada absorção de oscilação de pressão (PSA) na qual um material absorvente é disposto na unidade que captura os componentes que não são hidrogênio do fluxo de gás, desse modo permitindo que um gás rico em hidrogênio passe através do mesmo. A vantagem de uma unidade de recuperação de hidrogênio PAS é que o gás rico em hidrogênio é recuperado na pressão de operação PAS e o gás de refugo, o qual pode ser usado como combustível, é recuperado em baixa pressão. A desvantagem é que o absorvedor tem que ser periodicamente limpo do material capturado mediante ajuste (isto é, diminuição) da pressão na unidade. Uma alternativa para a recuperação de hidrogênio PSA é uma unidade de recuperação de hidrogênio de membrana, a qual funciona continuamente. A membrana funciona por permitir que o hidrogênio passe através dela enquanto retendo os componentes que não são hidrogênio do fluxo de gás alimentado a ela. A unidade de recuperação de membrana, contudo, recupera um fluxo de gás rico em hidrogênio em uma pressão reduzida abaixo da pressão parcial do hidrogênio no fluxo de alimentação para a unidade, ao passo que o gás de refugo é recuperado na pressão de operação da membrana.

Conseqüentemente, onde uma unidade de recuperação de hidrogênio PSA é empregada, o hidrogênio recuperado pode ou ser alimentado ao gás de composição antes da sua adição ao circuito fechado de síntese, ou o hidrogênio recuperado pode ser alimentado diretamente ao circuito fechado de síntese mediante adição do mesmo ou ao gás de síntese não- reagido antes ou após o fluxo de purgação ter sido removido ou â mistura de gás de síntese (compreendendo o gãs de composição e o gás de síntese não-reagido, combinados). Ao contrário, onde a unidade de recuperação de hidrogênio é uma unidade de recuperação de membrana, o hidrogênio recuperado é preferivelmente alimentado ao fluxo de gás de composição destinado ao circuito fechado de síntese antes de sua compressão. Em um processo preferido, o hidrogênio recuperado é alimentado ao gás de composição. O gás de composição de hidrogênio-ajustado resultante é então comprimido, alimentado ao circuito fechado de síntese onde ele é misturado com o gãs de síntese não-reagido restante, isto é, após o fluxo de purgação ter sido removido, aquecido e alimentado ao reator de síntese de metanol. A adição de hidrogênio aumenta o valor de R na mistura de gás de síntese no sentido do valor de estequiometria ótimo para síntese de metanol. Preferivelmente a quantidade de hidrogênio adicionada aumenta o valor de R na direção de 2,0, preferivelmente até 2,2, especialmente até 2,1 ± 0,1. A quantidade de hidrogênio recuperada do gãs de purgação ou do gás de composição pode ser variada dependendo da folha de fluxo precisa adotada e do conteúdo de hidrogênio e óxidos de carbono no gãs de composição provido pelo estágio de reforma. Por exemplo, o gãs de purgação pode prover entre 5 e 95% do hidrogênio exigido em uma base molar para trazer o valor de R na direção de 2,0 e o gãs de composição conseqüentemente entre 95 e 5%. Preferivelmente, todo o gás de purgação é alimentado à unidade de recuperação de hidrogênio, mais preferivelmente para prover >50% em uma base molar do hidrogênio exigido, com o restante provido pelo fluxo de gás de composição. Desse modo, em um arranjo preferido, o gãs de purgação é encaminhado para a unidade de recuperação de hidrogênio e essa fonte de hidrogênio é suplementada com um fluxo secundário do gãs de composição.

Preferivelmente o fluxo secundário do gãs de composição alimentado à unidade de recuperação de hidrogênio compreende <20%, preferivelmente <10% em volume do gás de composição provido pelo estágio de reforma. Portanto, preferivelmente >80%, mais preferivelmente >90% em volume do gás de composição são alimentados ao circuito fechado de síntese. Desse modo, o modelo do circuito fechado de síntese pode ser estabelecido para permitir que o equipamento mais apropriado seja selecionado, enquanto mantendo ainda um nível muito alto de conversão de hidrogênio em metanol. A invenção é ilustrada mediante referência aos desenhos anexos, nos quais a Figura 1 ilustra uma folha de fluxo de uma modalidade preferida da presente invenção em que o hidrogênio é recuperado a partir do gãs de purgação e do fluxo secundário de gás de composição combinados utilizando uma unidade de recuperação de membrana, e alimentado ao gãs de composição restante, o qual é então comprimido e alimentado ao circuito fechado de síntese. As Figuras 2 e 3 por intermédio de comparação ilustram folhas de fluxo que não estão de acordo com a presente invenção nas quais apenas recuperação parcial de hidrogênio seja a partir do gás de purgação ou do gás de composição é realizada.

Na Figura 1, o gás de composição é fornecido por intermédio da imha lü dividida em duas porções. Uma primeira porção 12, controlada pela válvula 14 é combinada com um fluxo de hidrogênio 16 alimentada a partir da unidade de recuperação de hidrogênio PSA 18 e os gases combinados passados por intermédio de uma linha 20 para o compressor 22 onde a pressão dos mesmos é aumentada antes de serem alimentados através da linha 24 ao gás de síntese não-reagido comprimido na linha 26. O gás de síntese combinado é alimentado por intermédio da linha 27 ao trocador de calor 28 onde ele é aquecido e então alimentado por intermédio da linha 30 para a zona de entrada 32 de um reator de síntese de metanol 34 definido pelas paredes de reator e folha de tubo 35. 0 gás de síntese passa para cima através de uma pluralidade de tubos 36 se estendendo a partir da folha de tubos 35 no sentido para cima através de uma camada de um catalisador de síntese de alumina/cobre/zinco particulado 38 para dentro de um espaço 40 acima da camada e daí para baixo através da camada para uma zona de saída acima da folha de tubo 35. A síntese de metanol ocorre quando os gases passam para baixo através da camada de catalisador e o fluxo de produto resultante é alimentado a partir da zona de saída por intermédio da linha 42 para o trocador de calor 44 onde ele é usado para desprender vapor, dali para o trocador de calor 28 onde ele é usado para aquecer o gás de síntese e então para o trocador de calor 48 onde ele é esfriado com água fria para condensar o metanol bruto. A mistura esfriada é alimentada através da linha 49 ao separador 50 que separa o metanol bruto por intermédio da linha 52 a partir do gás de síntese não-reagido na linha 54. Um fluxo de purgação 56 é tirado da linha 54 e o gãs de síntese não-reagidc restante é alimentado por intermédio da linha 58 ao compressor 60. O gãs de síntese não-reagido comprimido sai do compressor 60 por intermédio da linha 26 e é combinado com o gás de composição a partir da linha 24. O segundo fluxo de gãs de composição 62 tirado da linha 10 é combinado com o fluxo de gás de purgação 5 6 e o fluxo combinado é alimentado por intermédio da linha 54 à unidade de recuperação PSA 18. Os gases de refugo com hidrogênio esgotado são removidos da unidade de recuperação de hidrogênio 18 por intermédio da linha 66.

Na Figura 2 (comparativo) ocorre recuperação de hidrogênio apenas a partir do fluxo de gás de purgação 56. Desse modo o fluxo de gás de purgação 56 passa para a unidade de recuperação de hidrogênio 18, o fluxo de gãs de composição 62 está ausente e o hidrogênio recuperado 16 é adicionado ao fluxo 10. Nesse caso o reator de síntese é necessariamente um conversor de geração de vapor com esfriamento de água pressurizada dentro da camada e, portanto, o trocador de calor 44 é omitido. Nessa folha de fluxo, é necessário usar um conversor de geração de vapor mais propriamente do que o conversor de tubo de esfriamento mais barato, menor usado na Figura 1, porque a razão de circulação de gás de síntese é muito baixa para permitir uso efetivo do TCC. Isso porque uma grande quantidade de gãs de purgação tem que ser removida para prover o hidrogênio exigido.

Na Figura 3 (comparativa) há recuperação de hidrogênio a partir do gás de composição apenas através do fluxo 62. O gás de purgação na linha 56 é simplesmente queimado. O reatoi de síntese está de acordo com aquele na Figura 1 e conseqüentemente o trocador de calor 4 4 está outra vez presente para esfriar o fluxo de produto 42 antes de ele passar para o trocador de calor 28. A invenção é ilustrada adicionalmente mediante referência aos seguintes exemplos calculados.

Exemplo 1 De acordo com a modalidade ilustrada na Figura 1. A produção de metanol é elevada utilizando-se um baixo volume de catalisador de síntese.

Exemplos Comparativos A) Recuperação de ü2 a partir apenas do fluxo de gás de purgação (Figura 2) B) Recuperação de H2 a partir apenas de MUG {Figura 3) Os cálculos demonstram que no caso de recuperação de hidrogênio apenas a partir do gás de purgação, os óxidos de carbono em excesso estão sendo eliminados a partir do fluxo de gás, que tem teor de óxidos de carbono relativamente baixo e, dessa forma, quantidades de hidrogênio elevadas estão sendo perdidas com o gás de refugo levando a uma taxa de produção de metanol inferior. Adicionalmente, na folha de fluxo da Figura 2, é exigido um conversor geração de vapor mais complexo e, portanto, mais dispendioso. No caso de recuperação de hidrogênio a partir apenas de MUG, o hidrogênio está sendo perdido com c gás de refugo a partir da unidade de recuperação de hidrogênio assim como sendo perdido no fluxo de gãs de purgação. Outra vez, a elevada perda de hidrogênio leva à produção de metanol inferior.

Além disse, os cálculos também demonstram que se nenhuma recuperação de hidrogênio for realizada, em comparação com a folha de fluxo ilustrada na Figura 1, o processo requer 75% de volume de catalisador superior devido à baixa pressão parcial de hidrogênio e resulta em três vezes mais subprodutos devido à elevada relação CO:H2. Desse modo, a recuperação de hidrogênio de acordo com a presente invenção é capaz de reduzir o volume de catalisador e a quantidade de produto de refugo, desse modo reduzindo o tamanho dos recipientes de reação e simplificando a purificação do metanol bruto, o que reduz o custo global do processo.

Claims

1. Processo para sintetizar metanol compreendendo as etapas de; (i} reformar um insumo de hidrocarboneto e separar a água da mistura de gãs reformada resultante para gerar um gás de composição compreendendo hidrogênio e óxidos de carbono, a mistura de gás de composição tendo um índice estequiométrico, R, definido pela fórmula; R = { [H2] - [C02] ) / ( [C02] + [CO] ) de menos do que 2,0, (ii) combinar o gãs de composição com um gás de síntese não-reagido para formar uma mistura de gãs de síntese, (iii) passar a mistura de gãs de síntese em temperatura e pressão elevadas através de uma camada de catalisador de síntese de metanol para gerar um fluxo de produto compreendendo metanol e gás de síntese não-reagido, (iv) esfriar o fluxo de produto para recuperar um fluxo de metanol bruto a partir do gãs de síntese não-reagido, (v) remover uma porção do gãs de síntese não-reagido como um gãs de purgação, e (vi) alimentar o gãs de síntese não-reagido restante para etapa (ii) caracterizado pelo fato de que o hidrogênio é recuperado a partir de uma porção do gãs de purgação e de uma porção do gás de composição, e o hidrogênio recuperado é incluído na mistura de gãs de síntese.

2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a recuperação de hidrogênio é realizada utilizando uma unidade de recuperação de hidrogênio de oscilação de pressão.

3. Processo, de acordo com a reivindicação i, caracterizado pelo fato de que a recuperação de hidrogênio é realizada utilizando uma unidade de recuperação de hidrogênio de membrana.

4. Processo, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o hidrogênio recuperado é adicionado ao gás de síntese não-reagido ou adicionado ao gás de composição que é combinado com o gás de síntese não-reagido .

5. Processo, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o hidrogênio recuperado é alimentado ao gás de composição que é combinado com o gás de síntese não-reagido.

6. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4 ou 5, caracterizado pelo fato de que a camada de catalisador de síntese de metanol é disposta em um reator no qual a camada de catalisador é esfriada pela mistura de gás de síntese passando através de tubos dispostos dentro da camada de catalisador.

7. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4, 5 ou 6, caracterizado pelo fato de que o fluxo de produto é esfriado em estágios separados de troca de calor com água sob pressão.

8. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6 ou 7, caracterizado pelo fato de que o gás de purgação provê entre 5 e 95% do hidrogênio exigido em uma base molar para trazer o valor de R em direção a 2,0.

9. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 ou 8, caracterizado pelo tato de que todo o gás de purgação é alimentado à unidade de recuperação de hidrogênio.

10. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 ou 9, caracterizado pelo fato de que a quantidade de gás de composição alimentado para recuperação de hidrogênio compreende <20% em volume do gás de composição provido pelo estágio de reforma.

11. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 ou 10, caracterizado pelo fato de que a reforma é reforma autotérmica.

12. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 ou 11, caracterizado pelo fato de que o metanol bruto é destilado para obter um produto de metanol substancialmente puro.