BRPI0822101B1

BRPI0822101B1 - Processo para remover contaminantes de um fluxo de gás

Info

Publication number: BRPI0822101B1
Application number: BRPI0822101-4A
Authority: BR
Inventors: Roland Schmidt; Robert W. Morton; Joseph B. Cross; Albert C. Tsang; Edward L. Sughrue
Original assignee: Lummus Technology Inc.
Priority date: 2008-01-31
Filing date: 2008-10-09
Publication date: 2019-03-26
Also published as: CA2709803C; CN101932375A; EP2234698A4; JP2011512243A; CA2888086A1; SA08290687B1; CA2888086C; US20090193969A1; NZ586653A; TW200932339A; EP2234698B1; WO2009097027A1; US7682424B2; EP2829315A3; EP2829315A2; CN101932375B; EP2234698A1; JP5662162B2; PL2234698T3; MY150516A

Abstract

remoção de contaminante from a fluxo de gás trata-se de um sistema que emprega um servente à base de óxido de zinco regenerável para remover um ou mais contaminantes de um fluxo de gás entrante. o fluxo de gás exaurido de contaminantes pode, então, ser usado para qualquer aplicação subsequente, enquanto pelo menos urna porção do servente carregado com contaminante pode ser regenerada através de um processo de regeneração por etapas. em urna modalidade, o servente regenerado através do processo de regeneração por etapas pode compreender menos compostos prejudiciais a servente que os serventes tradicionais expostos aos processos de regeneração convencionais.

Description

1. Campo da Invenção

A presente invenção refere-se geralmente à remoção de contaminante de fluxo de gás.

Em outro aspecto, a presente invenção se refere a um processo para remover um ou mais contaminantes de um fluxo de gás através do contato com um sorvente regenerável.

2. Descrição da Técnica Anterior

Nos últimos anos, a demanda por gás natural e outros combustíveis de fase gasosa tem aumentado substancialmente. Ao mesmo tempo, regulações mais rígidas relacionadas aos níveis permissíveis de certos componentes (por exemplo, espécies de enxofre, gases ácidos e outros compostos de interesse ambiental) foram impostas, estimulando os produtores de gás combustível a desenvolver métodos econômicos de produção de um produto de gás complacente.

Um método conhecido de tratamento de um fluxo de gás para remover componentes indesejáveis consiste no contato do fluxo de gás com um solvente químico ou físico. Os exemplos de solventes químicos incluem aminas tais como metildietanolamina (MDEA) dietanolamina (DEA).

Frequentemente, a seletividade dos solventes químicos pode ser problemática. Por exemplo, enquanto as aminas são capazes de remover de maneira eficaz o sulfeto de hidrogênio (H2S) do fluxo de gás, as aminas não são geralmente capazes de absorver outros compostos contendo enxofre tais como, por exemplo, sulfeto de carbonila (COS).

Petição 870180168084, de 27/12/2018, pág. 10/14

Como um resultado, as etapas do processo adicional (por exemplo, Hidrólise de COS) precisam ser executadas antes que o fluxo de gás possa ser usado como combustível. Além da remoção de H2S, a maioria das aminas também remove dióxido de carbono, que pode impor cargas de processamento desnecessárias em instalações de gás de desperdício subsequentes. Adicionalmente, a maioria dos processos que utilizam solventes químicos requer resfriamento extenso do fluxo de gás entrante e frequentemente usam volumes grandes de vapor para remover os contaminantes absorvidos do solvente, o que torna estes processos intensos em relação à energia. Os processos à base de solvente físico também são altamente intensos em relação à energia e muitas vezes requerem altas pressões operacionais e/ou baixas temperaturas operacionais.

Consequentemente, existe uma necessidade por um processo econômico para remover contaminantes de um fluxo de gás.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

Em uma modalidade da presente invenção, é fornecido um processo que compreende: (a) contatar um fluxo de gás contendo enxofre com um sorvente inicial em uma a zona de sorção para produzir, assim, um fluxo de produto exaurido de enxofre e um sorvente carregado com enxofre, sendo que o sorvente inicial compreende Zn e um metal promotor; e (b) contatar pelo menos uma porção do sorvente carregado com enxofre com um fluxo de gás de regeneração e uma zona de regeneração sob condições de regeneração para produzir, assim, um sorvente regenerado e um fluxo de efluente gasoso, sendo que o contato da etapa (b) inclui a introdução do gás de regeneração na zona de regeneração a uma velocidade gasosa espacial horária padrão inicial (SGHSV) na faixa de cerca de 100 a cerca de 100.000 h sendo que o contato da etapa (b) inclui o aumento da SGHSV do gás de regeneração para uma SGHSV final que é pelo menos 1.000 h^-1 maior que a SGHSV inicial.

Em uma outra modalidade da presente invenção, é fornecido um processo que compreende: (a) introduzir um fluxo de gás bruto em uma zona de sorção, sendo que o fluxo de gás bruto compreende na faixa de cerca de 10 a cerca de 7 5 por cento em volume de monóxido de carbono (CO) , na faixa de cerca de 8 a cerca de 50 por cento em volume de hidrogênio (H₂) , na faixa de cerca de 4 a cerca de 40 por cento em volume de água (H₂O) e na faixa de cerca de 0,001 a cerca de 5 por cento em volume de sulfeto de hidrogênio (H₂S) ; (b) contatar pelo menos uma porção do fluxo de gás bruto com um sorvente inicial na zona de sorção para produzir, assim, um fluxo de gás do produto e um sorvente carregado com enxofre, sendo que o sorvente inicial compreende Zn e um metal promotor; (c) secar pelo menos uma porção do sorvente carregado com enxofre para produzir, assim, um sorvente seco carregado com enxofre; e (d) regenerar pelo menos uma porção do sorvente seco carregado com enxofre em uma zona de regeneração sob condições de regeneração para produzir, assim, um sorvente regenerado e um fluxo de efluente gasoso, sendo que o sorvente regenerado compreende menos que cerca de 20 por cento em peso de compostos prejudiciais a sorvente formados durante a regeneração da etapa (d).

Ainda em uma outra modalidade da presente invenção, é fornecido um processo que compreende: (a) gaseificar um material contendo carbono em uma zona de gaseificação para produzir, assim, um fluxo de gás bruto, sendo que o fluxo de gás bruto compreende na faixa de cerca de 10 a cerca de 75 por cento em volume de monóxido de carbono (CO) , na faixa de cerca de 8 a cerca de 50 por cento em volume de hidrogênio (H₂) , na faixa de cerca de 4 a cerca de 40 por cento em volume de água (H₂O) , na faixa de cerca de 0,001 a cerca de 5 por cento em volume de compostos contendo enxofre e na faixa de cerca de 50 a cerca de 2.000 partes por milhão por volume (ppmv) de ácido clorídrico (HCI); (b) introduzir pelo menos uma porção do fluxo de gás bruto em uma zona de sorção, sendo que a zona de sorção contém um sorvente inicial, sendo que o sorvente inicial compreende Zn, perlita expandida e um metal promotor, sendo que pelo menos uma porção do sorvente inicial compreende uma solução sólida substituinte caracterizada pela fórmula M_zZn₍₁__Z)Al₂O4 e uma solução de metal sólida substituinte caracterizada pela fórmula M_AZn_B, sendo que M é um componente de metal promotor e A, B e Z estão na faixa de cerca de 0,01 a cerca de 0.99; (c) sorver pelo menos uma porção dos compostos contendo enxofre do fluxo de gás bruto na zona de sorção com o sorvente inicial para produzir, assim, um sorvente carregado com enxofre e um fluxo de gás do produto, sendo que a sorção é executada a uma temperatura na faixa de cerca de 225 a cerca de 550° C e uma pressão na faixa de cerca de 250 a cerca de 575 psig, sendo que o sorvente carregado com enxofre tem um carregamento de enxofre na faixa de cerca de 1 a cerca de por cento em peso, sendo que o fluxo de gás do produto compreende menos que 50 ppmv de materiais contendo enxofre e menos que 20 ppmv de HCI; (d) secar pelo menos uma porção do sorvente carregado com enxofre em uma zona de secagem para produzir, assim, um sorvente seco carregado com enxofre; (e) regenerar pelo menos uma porção do sorvente seco carregado com enxofre em uma zona de regeneração através do contato com um gás de regeneração sob condições de regeneração para produzir, assim, um sorvente regenerado e um efluente de gás contendo SO2, sendo que o gás de regeneração tem uma velocidade gasosa espacial horária padrão inicial (SGHSV) na faixa de cerca de 1.000 a cerca de 80.000 h¹, sendo que a regeneração é executada com uma temperatura inicial na faixa de cerca de 3 00 a cerca de 600° C; (f) retornar pelo menos uma porção do sorvente regenerado para a zona de sorção, sendo que o sorvente regenerado retornado para a zona de sorção compreende uma solução de óxido metálico sólida substituinte caracterizada pela fórmula M_xZn_YO, sendo que M é um componente de metal promotor, e X e Y estão na faixa de cerca de 0,01 a cerca de 0,99, sendo que o sorvente regenerado tem um carregamento de enxofre menor que 6 por cento em peso, sendo que o sorvente regenerado compreende menos que 20 por cento em peso de compostos prejudiciais a sorvente criados durante a regeneração da etapa (e); e (g) direcionar pelo menos uma porção do fluxo de efluente gasoso contendo SO2 para uma unidade Claus.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A Figura 1 é um diagrama esquemático de um sistema de remoção de contaminante de acordo com uma modalidade da presente invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA

Referindo-se à Figura 1, é ilustrado um sistema de remoção de contaminante 10 que geralmente compreende uma

fonte de gás	12, uma	zona de sorção 14,	um	usuário	de	gás
do produto	16, uma	zona de secagem	18,	uma zona	de
regeneração	20 e um	usuário de efluente	de gás	22 .	Em

geral, um fluxo de gás bruto que sai da fonte de gás 12 pode ser contatado com um sorvente em zona de sorção 14 para remover, assim, um ou mais contaminantes do fluxo de gás. O fluxo de gás do produto exaurido de contaminante resultante que sai da zona de sorção 14 pode ser 15 direcionado para o usuário de gás do produto 16, enquanto pelo menos uma porção do sorvente carregado com contaminante pode ser carregada na zona de secagem 18 antes de ser regenerado através do contato com um gás de regeneração na zona de regeneração 20. O fluxo de efluente 2 0 gasoso resultante que sai da zona de regeneração 2 0 pode ser direcionado para o usuário de efluente de gás 22, enquanto pelo menos uma porção do sorvente regenerado pode, então, ser retornada para a zona de sorção 14 para reutilização subsequente. Em uma modalidade, pelo menos uma 25 dentre a zona sorção, secagem e regeneração 14, 18, 20 pode estar contida no interior do mesmo recipiente de processo.

Em uma outra modalidade, pelo menos uma dentre a zona de sorção, secagem e regeneração 14, 18, 20 pode estar contida em dois ou mais recipientes de processo separados.

Adicionalmente, o sistema de remoção de contaminante 10 apresentado na Figura 1 pode ser operado em modo de lote, semi-lote, contínuo ou semi-contínuo. A operação do sistema de remoção de contaminante 10 será descrita agora em maiores detalhes abaixo.

A fonte de gás 12 pode compreender qualquer fonte ou sistema capaz de produzir um fluxo de gás. Em geral, o fluxo de gás bruto produzido a partir da fonte de gás 12 pode ter uma fração de vapor maior que cerca de 0,8, maior que cerca de 0,9 ou maior que 0.95 em condições padrão. Em uma modalidade, o fluxo de gás bruto da fonte de gás 12 pode compreender menos que cerca de 1 por cento em volume, menos que cerca de 0,5 por cento em volume, menos que 0,05 por cento em volume ou menos que 500 partes por milhão por volume (ppmv) de material de hidrocarboneto Οβ+. Por exemplo, uma fonte de gás 12 pode compreender um poço de gás natural, uma refinaria ou um fluxo de processo de usina química, além de qualquer outra fonte adequada. Em uma modalidade, a fonte de gás 12 pode compreender um sistema de gaseificação operável para produzir um fluxo de gás bruto através da gaseificação de um material contendo carbono à base de sólido tal como, por exemplo, carvão ou coque de petróleo. Tipicamente, o material sólido contendo carbono pode ser gaseificado através do contato com um fluxo de gaseificação que compreende vapor, oxigênio, ar, hidrogênio, dióxido de carbono ou qualquer combinação dos mesmos. Em uma modalidade, uma pasta aquosa de material sólido contendo carbono em conduto 100 pode ser gaseificada através do contato com um fluxo contendo oxigênio que entra na fonte de gás 12 através do conduto 110 a uma temperatura na faixa de cerca de 530 a cerca de 1950° C, cerca de 810 a cerca de 1650° C ou 950 a 1510° C e uma pressão na faixa de cerca de 150 a cerca de 800 libras por polegada quadrada (psig), cerca de 250 a cerca de 700 psig ou 300 a 600 psig.

. O fluxo de gás bruto que sai da fonte de gás 12 através do conduto 112 pode compreender um ou mais dentre os seguintes compostos: monóxido de carbono (CO), dióxido de carbono (CO2) , hidrogênio (H₂) , água (H₂O), propano e hidrocarbonetos mais leves (C3+), nitrogênio (N₂) e similares. Adicionalmente, o fluxo de gás bruto pode compreender um ou mais componentes indesejáveis (isto é, contaminantes) que devem ser removidos antes da utilização do fluxo de gás bruto como combustível. Os compostos de enxofre tais como, por exemplo, sulfeto de hidrogênio (H₂S), sulfeto de carbonila (COS), dissulfeto de carbono (CS₂) a ainda compostos de organoenxofre tais como mercaptanos e vários compostos tiofênicos são alguns poucos exemplos de contaminantes comuns encontrados no fluxo de gás bruto. Outros exemplos de contaminantes tipicamente presentes no fluxo de gás bruto podem incluir, mas não se limitam a, amônia (NH₃) , ácido clorídrico (HCI) e cianeto de hidrogênio (HCN).

A Tabela 1, abaixo, resume a composição do fluxo de gás bruto em conduto 112 de acordo com uma modalidade da presente invenção.

Tabela 1
Componente	Componente em fluxo de gás bruto (com base no volume de fluxo total)
Faixa Ampla	Faixa Intermediária	Faixa Estreita
h₂	8 a 5 0 % de vol.	10 a 40% de vol.	15 a 35% de vol.
co	10 a 75% de vol.	15 a 60% de vol.	25 a 50% de vol.
co₂	1 a 40% de vol.	5 a 30% de vol.	7 a 20% de vol.
h₂o	4 a 40% de vol.	8 a 30% de vol.	10 a 25% de vol.
h₂s	0,001 a 5% de vol.	0,1 a 2,5% de vol.	0,5 a 2 % de vol.
ch₄	0,05 a 10% de vol.	0,1 a 7,5% de vol.	0,5 a 5,0% de vol.
COS	100 a 5.000 ppmv	200 a 2.500 ppmv	350 a 1.500 ppmv
HCI	50 a 2.000 ppmv	100 a 1.500 ppmv	250 a 1.000 ppmv
nh₃	50 a 2.000 ppmv	100 a 1.500 ppmv	250 a 1.000 ppmv
Outros (total)	< 2,5% de vol.	< 2,0% de vol.	< 1% de vol.

Conforme apresentado na Figura 1, pelo menos uma porção do fluxo de gás bruto que sai da fonte de gás 12 em conduto 112 pode ser direcionada para o interior da zona de sorção 14, sendo que o fluxo pode ser contatado com um sorvente para remover pelo menos uma porção de pelo menos um contaminante do fluxo de gás entrante. Em uma modalidade, o fluxo de gás bruto não é resfriado antes de entrar na zona de sorção 14 e pode ter uma temperatura que se situa em cerca de 200° C, cerca de 100° C ou 50° C da temperatura do fluxo de gás bruto que sai da fonte de gás

12. Geralmente, o fluxo de gás bruto que entra na zona de sorção 14 pode ter uma temperatura na faixa de cerca de 150 a cerca de 700° C, cerca de 250 a cerca de 600° C ou 350 a 450° C e uma pressão na faixa de cerca de 100 a cerca de 750 psig, cerca de 250 a cerca de 600 psig ou 350 a 450 psig.

Em geral, o sorvente empregado na zona de sorção 14 pode ser qualquer composição de sorvente à base de zinco/óxido suficientemente regenerável que tem capacidade de remoção de contaminante suficiente. Embora descrito abaixo em termos de sua capacidade de remover contaminantes de enxofre de um fluxo de gás entrante, deve ficar compreendido que o sorvente da presente invenção também pode ter capacidade significativamente alta de remover um ou mais outros contaminantes tais como, por exemplo, um ou mais dos contaminantes mencionados acima.

Em uma modalidade da presente invenção, o sorvente empregado na zona de sorção 14 pode compreender zinco e um componente de metal promotor. O componente de metal promotor pode compreender um ou mais metais promotores selecionados do grupo que consiste em níquel, cobalto, ferro, manganês, tungstênio, prata, ouro, cobre, platina, zinco, estanho, rutênio, molibdênio, antimônio, vanádio, irídio, cromo, paládio e misturas dos mesmos. Em uma modalidade, pelo menos uma porção do componente de metal promotor está presente em um estado de valência reduzida. A redução de valência do componente de metal promotor pode ser alcançada pelo contato do sorvente com um

Em uma modalidade da presente invenção, componente de metal promotor de valência reduzida pode compreender, consistir em ou consistir essencialmente em uma solução de metal sólida substituinte caracterizada pela fórmula: M_AZn_B, sendo que M valores numéricos na faixa de cerca de

0,01 a cerca de de metal sólida substituinte, A pode estar na faixa de cerca de 0,70 a cerca de 0,98 ou 0,85 a 0,95 e

B pode estar na faixa de cerca de 0,03 a cerca de 0,3 0 ou 0,05 a 0,15. Em uma modalidade, A + B = 1.

As soluções sólidas substituintes são um subconjunto de ligas que são formadas pela substituição direta do metal soluto para os átomos de metal solvente na estrutura cristalina. Por exemplo, acredita-se que a solução de metal sólida substituinte M_AZn_B seja formada pelos átomos de metal de zinco soluto que substituem os átomos de metal promotor solvente. Três critérios básicos existem para favorecer a formação das soluções de metal sólidas substituintes: (1) os raios atômicos dos dois elementos estão na faixa de 15 por cento um do outro; (2) as estruturas cristalinas das duas fases puras são as mesmas; e (3) as eletronegatividades dos dois componentes são similares. O metal promotor (como o metal elementar ou óxido de metal) e o zinco (como o metal elementar ou óxido de metal) empregado no sorvente descrito na presente invenção tipicamente satisfazem pelo menos dois dos três critérios mencionados acima. Por exemplo, quando o metal promotor é níquel, o primeiro e o terceiro critério, são satisfeitos, mas o segundo não. Os raios atômicos do metal zinco e níquel estão na faixa de 10 por cento entre si e as eletronegatividades são similares. Entretanto, o óxido de níquel (NiO) preferencialmente forma uma estrutura cristalina cúbica, enquanto o óxido de zinco (ZnO) prefere uma estrutura cristalina hexagonal. Uma solução sólida de zinco e níquel retém a estrutura cúbica do óxido de níquel.

A obrigação do óxido de zinco em permanecer na estrutura cúbica aumenta a energia da fase, o que limita a quantidade de zinco que pode ser dissolvida na estrutura do óxido de níquel. Este controle de estequiometria se manifesta microscopicamente em uma que é formada microscopicamente na regenerabilidade repetida do sorvente.

Além do metal promotor do zinco, o sorvente empregado na zona de sorção pode compreender adicionalmente um acentuador de porosidade (PE) e um aluminato. O aluminato pode compreender uma solução sólida substituinte de aluminato e zinco/metal promotor caracterizada pela fórmula: M_zZn₍i__z)Al₂O4, sendo que M é o metal promotor e

Z está na faixa de 0,01 a 0,99. O acentuador de porosidade, quando empregado, pode ser qualquer composto que aumenta essencialmente a macroporosidade do sorvente. Em uma modalidade, o acentuador de porosidade pode compreender perlita. Os exemplos de sorventes adequados para uso na zona de sorção 14 e os métodos de produção destes sorventes são descritos em detalhes nas patentes US6.429.170 e US7.241.929, todas as descrições estão incorporadas no presente documento a título de referência.

A Tabela 2, abaixo, fornece a composição de um sorvente empregado na zona de sorção 14 de acordo com uma modalidade da presente invenção onde a redução do sorvente é executada antes da introdução do sorvente na zona de sorção 14 .

Tabela 2
Faixa	Composição de Sorvente Reduzido (% em peso)
ZnO	M_AZn_B	PE	Μ_ζΖη₍χ_ z)AlaO4
Ampla	10 a 90	5 a 80	2 a 50	2 a 50
Intermediária	20 a 60	10 a 60	5 a 30	5 a 30
Estreita	30 a 40	30 a 40	10 a 20	10 a 20

Em uma modalidade alternativa em que o sorvente não é reduzido antes da introdução na zona de sorção 14, o componente de metal promotor pode compreender uma solução de óxido metálico sólida substituinte caracterizada pela fórmula M_xZn_YO, sendo que M é o metal promotor e X e Y estão na faixa de cerca de 0,01 a cerca de 0,99. Em uma modalidade, X pode estar na faixa de cerca de 0,5 a cerca de 0,9, cerca de 0,6 a cerca de 0,8 ou 0,65 a 0,75 e Y pode estar na faixa de cerca de 0,10 a cerca de 0,5, cerca de 0,2 a cerca de 0,4, ou 0,25 a 0,35. Em geral, X + Y = 1.

A Tabela 3, abaixo, fornece a composição de um sorvente não reduzido empregado na zona de sorção 14 de acordo com uma modalidade onde o sorvente não é reduzido antes da introdução na zona de sorção 14.

Tabela 3
Faixa	Composição de Sorvente Não Reduzido (% em peso)
ZnO	ΜχΖη,β	PE	M_zZn(i_ ζ)Ά12Ολ
Ampla	10 a 90	5 a 70	2 a 50	2 a 50
Intermediária	20 a 70	10 a 60	5 a 30	5 a 30
Estreita	35 a 45	25 a 35	10 a 20	10 a 20

Conforme mencionado acima, quando uma composição de sorvente não reduzido é colocada em contato com um composto contendo hidrogênio na zona de sorção 14, a redução do sorvente pode ocorrer na zona de sorção 14. Portanto, quando a redução de sorvente ocorre na zona de sorção 14, o sorvente inicial colocado em contato com o fluxo de gás bruto na zona de sorção 14 pode ser uma mistura de reduzido sorvente (Tabela 2) e o sorvente não reduzido (Tabela 3).

Em geral, o fluxo de gás bruto entrante pode contatar o sorvente inicial na zona de sorção 14 a uma temperatura na faixa de cerca de 150 a cerca de 650° C, cerca de 225 a cerca de 550° C, ou 325 a 475° C e uma pressão na faixa de cerca de 100 a cerca de 750 psig, cerca de 250 a 575 psig, ou 350 a 450 psig. Pelo menos uma porção de compostos contendo enxofre (e/ou outros contaminantes) no fluxo de gás bruto pode ser sorvida pelo sorvente, criando assim um fluxo de gás do produto exaurido de enxofre e um sorvente carregado com enxofre. Em uma modalidade, a eficiência de remoção de enxofre da zona de sorção 14 pode ser maior que cerca de 85 por cento, maior que cerca de 90 por cento, maior que cerca de 95 por cento, maior que cerca de 98 por cento ou maior que 99 por cento.

Conforme apresentado na Figura 1, pelo menos uma porção do fluxo de gás do produto exaurido de contaminante pode sair da zona de sorção 14 através do conduto 114. Em uma modalidade, o fluxo de gás do produto pode compreender menos que cerca de 50, menos que cerca de 20, menos que cerca de 10, menos que cerca de 5 ou menos que 1 ppmv de H₂S. Além disso, o fluxo de gás do produto pode compreender menos que cerca de 20, menos que cerca de 10, menos que cerca de 5 ou menos que 2 ppmv de HCI e/ou COS. Isto contrasta com os sorventes de remoção de enxofre convencionais, que são muitas vezes incapazes de remover de maneira eficaz os compostos contendo enxofre tais como H₂S e COS simultaneamente com outros contaminantes tal como HCI.

Conforme mostrado na Figura 1, o fluxo de gás do produto exaurido de contaminante pode, então, ser direcionado para um usuário de gás do produto 16. O usuário de gás do produto 16 pode compreender qualquer uso ou aplicação industrial, comercial ou residencial de um fluxo de gás do produto exaurido de contaminante. Em uma modalidade, o usuário de gás do produto 16 pode compreender uma turbina de gás industrial localizada em uma instalação usada para co-produzir vapor e eletricidade.

Conforme apresentado na Figura 1, pelo menos uma zona de sorção 14 secagem através sorvente carregado carregado pode ser com enxofre descarregada direcionada para a zona do conduto com enxofre da de

116. Em uma modalidade, pode ter um carregamento de enxofre na faixa de cerca de 1 a cerca de 27, cerca de 3 a cerca de 26, cerca de 5 a cerca de 25 ou 10 a 20 por cento em peso. Na zona de secagem 18, pelo menos uma porção do sorvente carregado com enxofre pode ser secada através da corrente de um fluxo de purgação de gás inerte no conduto 118 com uma temperatura na faixa de cerca de 100 a cerca de 550° C, cerca de 150 a cerca de 500° C ou 200 a 475° C através do sorvente por um período de tempo de pelo menos cerca de 15 minutos ou um período de tempo na faixa de cerca de 3 0 minutos a cerca de 100 horas, cerca de 45 minutos a cerca de 36 horas, ou 1 hora a 12 horas. O sorvente carregado com enxofre seco resultante pode, então, ser direcionado para a zona de regeneração 20 através do conduto 120, conforme ilustrado na Figura 1.

A zona de regeneração 20 pode empregar um processo de regeneração capaz de remover pelo menos uma porção do enxofre (ou outros contaminantes sorvidos) do sorvente carregado com enxofre através do contato com um fluxo de gás de regeneração sob condições de regeneração de sorvente. Em uma modalidade, o fluxo de gás de regeneração que entra na zona de regeneração 20 através do conduto 122 pode compreender um fluxo de gás contendo oxigênio tal como, por exemplo, ar (por exemplo, cerca de 21 por cento em volume de oxigênio). Em uma outra modalidade, o fluxo de gás de regeneração no conduto 120 pode ser um fluxo de gás enriquecido com oxigênio que compreende pelo menos cerca de 50, pelo menos cerca de 75, pelo menos cerca de 85 ou pelo menos 90 por cento em volume de oxigênio. Ainda em uma outra modalidade, o fluxo de gás de regeneração pode compreender um fluxo de oxigênio substancialmente puro.

De acordo com uma modalidade da presente invenção, o processo de regeneração empregado na zona de regeneração 2 0 pode ser um processo de regeneração por etapas. Em geral, um processo de regeneração por etapas inclui o ajuste de pelo menos uma variável de regeneração a de um valor inicial para um valor final em dois ou mais ajustes incrementais (isto é, etapas). Os exemplos de variáveis de regeneração ajustáveis podem incluir, mas não se limitam a, temperatura, pressão e taxa de corrente de gás de regeneração. Em uma modalidade, a temperatura na

zona de	regeneração	20	pode	ser	aumentada por	uma
quantidade	total que é	de	pelo	menos	cerca	de 75° C,	pelo
menos cerca de 100° C	ou	pelo	menos	150°	C acima de	uma

temperatura inicial, que pode estar na faixa de cerca de 250 a cerca de 650^s C, cerca de 300 a cerca de 600° C ou 350 a 550° C. Em uma outra modalidade, a taxa de corrente de gás de regeneração pode ser ajustada de modo que a velocidade gasosa espacial horária padrão (SGHSV) do gás de regeneração em contato com o sorvente possa aumentar por uma quantidade total que é de pelo menos cerca de 1.000, pelo menos cerca de 2.500, pelo menos cerca de 5.000 ou

pelo	menos	10.	000 volumes	de	gás	por	volume de	sorvente	por
hora	(v/v/h ou	h’¹) acima	de	um valor inicial	de SGHSV,	que
pode	estar	na	faixa de cerca	de	100	a cerca de 100.000	1Γ¹,
cerca de 1.	000	a cerca de	80.	.000	h’¹	ou 10.000	a 50.000	h¹.

Em uma modalidade, o tamanho dos ajustes incrementais (isto é, o tamanho da etapa incrementai) pode estar na faixa de cerca de 2 a cerca de 50, cerca de 5 a cerca de 40 ou 10 a 30 por cento de magnitude da alteração total desejada (isto é, a diferença entre os valores final e inicial). Por exemplo, se uma alteração de temperatura total de cerca de 150° C for desejada, o tamanho da etapa incrementai pode estar na faixa de cerca de 3 a cerca de 75° C, cerca de 7,5 a cerca de 60° C, ou 15 a 45° C. Em uma outra modalidade, a magnitude do tamanho da etapa incrementai pode estar na faixa de cerca de 2 a cerca de 50, cerca de 5 a cerca de 40 ou 10 a 30 por cento de magnitude do valor da variável inicial. Por exemplo, se a temperatura de regeneração inicial for 250° C, o tamanho da etapa incrementai pode estar na faixa de cerca de 5 a cerca de 125° C, cerca de 12,5 a cerca de 100° C ou 25 a 75° C. Em geral, as etapas incrementais sucessivas podem ter o mesmo tamanho das etapas incrementais ou, alternativamente, um ou mais dos tamanhos da etapa incrementai podem ser maiores ou menores que o tamanho da etapa incrementai das etapas subsequentes ou precedentes.

Em uma modalidade, os ajustes subsequentes para a(s) variável(s) de regeneração podem ser executados em intervalos de tempo predeterminados. Por exemplo, os ajustes podem ser feitos após intervalos de tempo na faixa de cerca de 1 minuto a cerca de 45 minutos, cerca de 2 minutos a cerca de 3 0 minutos ou 5 a 20 minutos. Em uma outra modalidade, os ajustes podem ser feitos com base no(s) valor(s) de uma ou mais variáveis indicadoras. Uma variável indicadora é uma variável no sistema monitorada para determinar o progresso da regeneração de sorvente. Os exemplos de variáveis indicadoras podem incluir, mas não se limitam a, carbono de sorvente ou carregamento de enxofre, temperatura de leito do sorvente de regeneração, perfil de temperatura da zona de regeneração (isto é, exotérmico) e composição de fluxo de efluente gasoso. Em uma modalidade, a concentração de dióxido de enxofre (SO2) no fluxo de efluente gasoso é monitorada para determinar quando a taxa de corrente do gás de regeneração e/ou a temperatura de regeneração estão ajustadas de maneira incrementai.

O processo de regeneração pode ser executado na zona de regeneração 20 até que pelo menos um ponto final de regeneração seja alcançado. Em uma modalidade, o ponto final de regeneração pode ser a obtenção de um valor desejado para uma ou mais dentre as variáveis de regeneração ajustadas. Por exemplo, o processo de regeneração pode ser executado até que a temperatura alcance um valor final na faixa de cerca de 300 a cerca de 800° C, cerca de 350 a cerca de 750° C ou 400 a 700° C ou o SGHSV alcança um valor final na faixa de cerca de 1.100 a cerca de 110.000 h*¹, cerca de 5.000 a cerca de 85.000 h^_1, ou 25.000 a 60.000 h¹. Em uma outra modalidade, o processo de regeneração pode ser finalizado após um número predeterminado de ajustes de variável. Por exemplo, o processo de regeneração pode ser executado por tempo suficiente para que pelo menos 1 ou na faixa de cerca de 2 a cerca de 8 ou 3 a 5 ajustes incrementais sejam feitos. Ainda em uma outra modalidade, o processo de regeneração pode ser executado até que um valor final da variável indicadora selecionada seja alcançado. Por exemplo, o processo de regeneração pode ser executado até que a concentração de SO2 no efluente de gás que sai da zona de regeneração 20 diminua para um valor menor que cerca de 1 por cento em volume, menor que cerca de 0,5 por cento em volume, menor que cerca de 0,1 por cento em volume ou menor que 500 ppmv. Independentemente do ponto final específico selecionado, toda a extensão do processo de regeneração pode ser menos que cerca de 100 horas ou na faixa de cerca de 3 0 minutos a cerca de 48 horas, cerca de 45 minutos a cerca de 24 horas ou 1,5 a 12,5 horas.

Em uma modalidade, o processo de regeneração descrito acima pode ter uma eficiência de regeneração de pelo menos cerca de 75 por cento, pelo menos cerca de 85 por cento, pelo menos cerca de 90 por cento, pelo menos cerca de 95 por cento, pelo menos cerca de 98 por cento ou pelo menos 99 por cento. O sorvente regenerado pode ter um carregamento de enxofre menor que cerca de 10 por cento em peso ou na faixa de cerca de 0,05 a cerca de 6 por cento em peso ou 0,1 a 4 por cento em peso.

Em geral, a regeneração de pelo menos uma porção do sorvente descrito acima pode resultar na formação de um ou mais compostos prejudiciais a sorvente. Um composto prejudicial a sorvente pode ser qualquer composto sorvido para o interior ou sobre o sorvente que impacta adversamente sobre a capacidade do sorvente em sorver enxofre do fluxo de gás entrante na zona de sorção 14. Os exemplos de compostos prejudiciais a sorvente podem incluir, mas não se limitam a, oxisulfato de zinco e silicato de zinco. Em uma modalidade da presente invenção, o sorvente regenerado exposto ao processo de regeneração descrito acima na zona de regeneração 20 pode compreender menos que as quantidades esperadas de compostos prejudiciais a sorvente em aos sorventes tradicionais expostos aos processos de convencionais.

Por exemplo, o sorvente regenerado que sai da zona de regeneração através do conduto 124 pode compreender menos que cerca de 20 por cento em peso compostos prejudiciais a sorvente ou na faixa de 0 a cerca de 15 por cento em peso, 0 a cerca de 10 por cento em peso ou 0 a 5 por cento em peso de compostos danificadores de sorvente.

Conforme ilustrado na Figura 1, pelo menos uma porção do sorvente regenerado no conduto 124 pode, então, ser retornado para a zona de sorção 14. Conforme discutido acima, em uma modalidade, pelo menos uma porção do sorvente regenerado não é submetida a uma etapa de redução antes da introdução na zona de sorção. Em tal modalidade, o sorvente regenerado mas não reduzido introduzido na zona de sorção 14 pode compreender um componente de metal promotor nãoreduzido que inclui uma solução de óxido metálico sólida substituinte caracterizada pela fórmula M_xZn_YO (vide, por exemplo, Tabela 3, acima).

Referindo-se novamente à Figura 1, o fluxo de efluente gasoso que sai da zona de regeneração 20 através do conduto 126 pode subsequentemente ser direcionado para o usuário de efluente de gás 22. 0 usuário de efluente de gás 22 pode compreender qualquer unidade capaz de processar o fluxo de efluente gasoso, tal como, por exemplo, uma unidade Claus de processamento de enxofre. Em uma modalidade, o fluxo de efluente gasoso que sai da zona de regeneração 20 através do conduto 126 pode compreender pelo menos cerca de 5, pelo menos cerca de 10, pelo menos cerca de 2 0 ou pelo menos 25 por cento em volume de SO2. Em uma modalidade, o fluxo de efluente gasoso compreende menos H₂S que no fluxo de gás bruto que entra na zona de sorção 14 através do conduto 112. Em uma outra modalidade, o fluxo de efluente gasoso pode compreender substancialmente nenhum

H₂S.

O seguinte exemplo é destinado a ser ilustrativo * de uma modalidade da presente invenção a fim de ensinar um elemento versado na técnica a produzir e usar a invenção e não se destina a limitar o escopo da invenção de qualquer modo.

EXEMPLO

Um sorvente de metal promotor/Zn não reduzido (sorvente SZorb™ Generation IV comercialmente disponível junto à Sud-Chemie Inc. de Louisville, Kentucky, EUA) foi comprimido e peneirado para obter partículas com tamanho de malha de 100+/200- mesh. Quinze gramas do sorvente comprimido foram combinados com 45 gramas de alundum e a mistura resultante foi carregada em um recipiente de reação de fluxo descendente com leito fixo. Um fluxo de gás bruto, a composição deste é resumida na Tabela 4 abaixo, foi passado através do recipiente de reação e colocado em contato com a mistura de sorvente a uma temperatura de 420^aC e uma pressão de 408 psig.

Tabela 4: Composição de Gás Biruta
Componente	Quantidade (% em vol.)	Componente	Quantidade (% em vol.)
CO	38,6	n₂	1,3
H₂	25,6	Ar	0,9
co₂	14,6	COS	0,2
h₂o	15,7	HCI	0,02
ch₄	1,7	nh₃	0,07
h₂s	1,2	HCN	0,01

A concentração de compostos de enxofre (isto é,

H₂S e COS) no fluxo de gás do produto que sai do recipiente de reação foi continuamente monitorada com o uso de um analisador de enxofre online (modelo 902D2, disponível junto à Galvanic Applied Sciences USA, Inc. of Lowell, Massachusetts, EUA), enquanto as concentrações dos compostos remanescentes foram medidas com um espectômetro de massa online (EcoSys™, comercialmente disponível junto à European Spectrometry Systems, Ltd. of Northwich, Cheshire, Reino Unido). O corte de enxofre ocorreu após 1,5 horas quando a concentração dos compostos de enxofre no fluxo de gás que sai do recipiente de reação excedeu 0,1 por cento em volume (isto é, 1000 ppmv) . Uma vez que o corte foi observado, a corrente de gás de alimentação para o recipiente de reação foi interrompida e diversas amostras de sorvente carregado com enxofre de vários locais por todo o leito do sorvente foram removidas para análise subsequente. O sorvente carregado com enxofre apresentou um carregamento de enxofre médio de 25,9 por cento em peso, conforme determinado pela análise de fluorescência de raio X (XRF).

O sorvente carregado com enxofre que permanece no recipiente de reação foi purgado com um fluxo de nitrogênio com uma temperatura de 400³ C e uma taxa de corrente de 100 mL/min para secar o sorvente antes da regeneração. Após uma hora, a regeneração foi iniciada pela introdução de um fluxo de ar que tem uma taxa de corrente de 100 mL/min para o leito do sorvente, que teve uma temperatura inicial de 400³ C. Tanto a temperatura de regeneração (em 30 a 50^e C de incrementos) quanto a taxa de corrente de ar (em 100 a 250 mL/min de incrementos) foram ajustadas para manter concentrações razoavelmente consistentes de dióxido de enxofre no fluxo de efluente gasoso que sai do recipiente de reação. Quando os níveis de SO₂ declinaram substancialmente, o processo de regeneração foi interrompido e diversas amostras de sorvente regenerado foram tomadas em vários locais por todo o leito. A análise de XRF subseqüente mostrou que o sorvente regenerado teve um carregamento de enxofre médio de 3,52 por cento em peso e a análise de XRD revelou que a quantidade combinada média de oxisulfato de zinco e silicato de zinco (isto é, compostos prejudiciais a sorvente) era de 10,1 por cento.

FAIXAS NUMÉRICAS

A presente descrição usa as faixas numéricas para quantificar certos parâmetros relacionados à invenção. Deve ficar compreendido que quando as faixas numéricas são fornecidas, tais faixas devem ser interpretadas como fornecendo suporte literal para as limitações da reivindicação que apenas mencionam o valor inferior da faixa bem como a limitação das reivindicações que somente menciona o valor superior da faixa. Por exemplo, uma faixa numérica descrita de 10 a 100 fornece suporte literal para uma reivindicação que menciona maior que 10 (com nenhum limite superior) e uma reivindicação que menciona menor que 100 (com nenhum limite inferior).

DEFINIÇÕES

Conforme usado na presente invenção, os termos um, uma, o e a significam um ou mais. Conforme usado na presente invenção, o termo e/ou, quando usado em uma lista de dois ou mais itens, significa que qualquer um dos itens listados pode ser empregado por si próprio ou qualquer combinação de dois ou mais dos itens listados pode ser empregado. Por exemplo, se uma composição for descrita como contendo componentes A, B, e/ou C, a composição pode conter A sozinho; B sozinho; C sozinho; A e B em combinação; A e C em combinação; B e C em combinação; ou A, B e C em combinação.

Conforme usado na presente invenção, os termos que compreende compreende e compreendem são termos de transição ilimitados usados para a transição de um sujeito mencionado antes do termo para um ou mais elementos mencionados após o termo, onde o elemento ou elementos listado após o termo de transição não são necessariamente os únicos elementos que constituem o sujeito.

Conforme usado na presente invenção, os termos que contém, contém e contêm têm o mesmo significado ilimitado que que compreende, compreende e compreendem fornecido acima. Conforme usado na presente invenção, os termos que inclui, inclui e incluem têm o mesmo significado ilimitado que que compreende, compreende e compreendem fornecido acima.

Conforme usado na presente invenção, os termos que tem, tem e têm têm o mesmo significado ilimitado que que compreende, compreende e compreendem fornecido acima.

Conforme usado na presente invenção, os termos, que inclui, incluem e incluído têm o mesmo significado ilimitado que que compreende, compreende e compreendem fornecido acima.

Conforme usado na presente invenção, o termo variável indicadora se refere a uma variável monitorada para determinar o progresso da regeneração de sorvente.

Conforme usado na presente invenção, o termo componente de metal promotor de valência reduzida se refere a um componente de metal promotor que tem uma valência menor que a valência do componente de metal promotor em seu estado oxidado comum.

Conforme usado na presente invenção, o termo condições de regeneração se refere às condições necessárias para remover pelo menos uma porção de enxofre sorvido a partir do sorvente carregado com enxofre.

Conforme usado na presente invenção, o termo eficiência de regeneração se refere à capacidade de uma zona de regeneração para remover um ou mais compostos sorvidos a partir de um sorvente entrante. A eficiência de regeneração pode ser expressada de acordo com a seguinte fórmula: [(carregamento de enxofre de sorvente carregado com enxofre x massa de sorvente carregado com enxofre que entra na zona de regeneração) - (carregamento de enxofre da sorvente regenerado x massa de sorvente regenerado que sai da zona de regeneração) / (carregamento de enxofre de sorvente carregado com enxofre x massa de sorvente carregado com enxofre que entra na zona de regeneração) , expressado como porcentagem. Conforme usado na presente invenção, o termo sorver se refere a qualquer tipo ou combinação de adsorção e/ou absorção física e/ou química.

Conforme usado na presente invenção, o termo composto danificador de sorvente se refere a um composto sorvido em ou sobre o sorvente que impacta adversamente na capacidade do sorvente em remover enxofre ou outros contaminantes a partir de um fluxo de fluido. Conforme usado na presente invenção, o termo condições padrão se refere a uma pressão de 1 atmosfera e uma temperatura de 60^a F. Conforme usado na presente invenção, o termo velocidade gasosa espacial horária padrão ou SGHSV se refere à velocidade gasosa espacial horária de um fluxo de gás medida em condições padrão.

Conforme usado na presente invenção, o termo carregamento de enxofre se refere à média por cento em peso de enxofre sorvido sobre um sorvente. Conforme usado na presente invenção, o termo eficiência de remoção de enxofre se refere à capacidade de um sorvente em remover compostos de enxofre ou outros contaminantes de um fluxo de fluido entrante. A eficiência de remoção de enxofre pode ser calculada pela seguinte fórmula: (taxa de corrente de massa de compostos de enxofre que entra em uma zona de sorção em um fluxo de fluido - taxa de corrente de massa de compostos de enxofre que sai de uma zona de sorção em um fluxo de fluido) / (taxa de corrente de massa de compostos de enxofre que entra em uma zona de sorção no fluxo de alimentação), expressado como porcentagem.

REIVINDICAÇÕES NÃO LIMITADAS ÀS MODALIDADES DESCRITAS

As formas preferenciais da invenção descrita acima não são para serem usadas somente como ilustração e não devem ser usadas em um sentido limitante para interpretar o escopo da presente invenção. As modificações com relação às modalidades exemplificativas, relatadas acima, poderiam ser prontamente realizadas por elementos versados na técnica sem que se afaste do espírito da presente invenção.

Os inventores estabelecem por meio da presente invenção sua intenção em depender da Doutrina de Equivalentes para determinar e avaliar o escopo razoavelmente claro da presente invenção como pertinente a 5 qualquer aparelho que não se afaste materialmente de, mas que não esteja incluído no escopo literal da invenção conforme relatado nas seguintes reivindicações.

Claims

1. Processo que compreende:

(a) colocar em contato um fluxo de gás contendo enxofre (112) com um sorvente inicial em uma zona de sorção (14) para produzir, assim, um fluxo de produto exaurido de enxofre e um sorvente carregado de enxofre, sendo que o dito sorvente inicial compreende Zn e um metal promotor; e (b) colocar em contato pelo menos uma porção do dito sorvente carregado de enxofre com um fluxo de gás de regeneração (122) em uma zona de regeneração (20) sob condições de regeneração para produzir, assim, um sorvente regenerado e um fluxo de efluente gasoso (126), em que o dito contato da etapa (b) inclui introduzir o dito gás de regeneração na dita zona de regeneração (20) a uma velocidade gasosa espacial horária padrão inicial (SGHSV) na faixa de 100 a 100.000 h^_1, caracterizado pelo fato do contato da etapa (b) incluir o aumento da SGHSV do dito gás de regeneração para uma SGHSV final que é pelo menos 1.000 h^_1 maior do que a dita SGHSV inicial.

2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato do dito contato da etapa (b) compreender ainda aumentar a temperatura da dita zona de regeneração (20) em pelo menos 75°C.

3. Processo, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato do dito contato da etapa (b) compreender ainda alternar o dito aumento da temperatura da dita zona de regeneração (2 0) e o dito aumento da SGHSV do dito gás de regeneração, sendo que a dita alternação é

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2/3 executada até que o dito fluxo de efluente gasoso (126) compreende menos que 0,05 por cento em volume de dióxido de enxofre (SO2) .

4 . Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato do dito contato da etapa (b) ser realizado a uma temperatura inferior a 650°C durante um período de tempo inferior a 24 horas. 5. Processo, de acordo com a reivindicação 1,

caracterizado pelo fato do dito sorvente carregado de enxofre ter uma carga de enxofre na faixa de 1 a 27 por cento em peso, em que o dito sorvente regenerado tem uma carga de enxofre inferior a 10 por cento em peso.

6. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender ainda, antes da etapa (b) , secar pelo menos uma porção do dito sorvente carregado de enxofre (18) para desse modo proporcionar um sorvente carregado de enxofre seco e sujeitando pelo menos uma porção do dito sorvente carregado de enxofre (120) seco ao dito contato da etapa (b).

7. Processo, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato da dita corrente gasosa contendo enxofre (112) compreender de 4 a 40 por cento em volume de água, em que o dito sorvente regenerado compreende de 0 a 10 por cento em peso de compostos prejudiciais para sorvente criados durante o dito contato da etapa (b).

8. Processo, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato da dita corrente gasosa contendo enxofre (112) compreender ainda de 10 a 75 por cento em volume de monóxido de carbono (CO) e de 8 a 50 por cento em

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3/3 volume de hidrogênio (H₂) .

9. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato da dita corrente gasosa contendo enxofre (112) compreender de 0,001 a 5 por cento em volume de H₂S, em que a dita corrente de produto com depleção de enxofre compreende menos de 50 ppmv de H₂S.

10. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato do dito sorvente inicial compreender uma solução de metal sólido de substituição caracterizada pela fórmula ΜαΖ_πβ, em que M é o dito metal promotor, em que A e B estão na faixa de 0,01 a 0,99, em que o dito metal promotor é opcionalmente níquel.

11. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender ainda introduzir pelo menos uma porção do dito sorvente regenerado (124) na dita zona de sorção (14), em que o dito sorvente regenerado introduzido na dita zona de sorção compreende uma solução substitucional de óxido metálico caracterizada pela fórmula ΜχΖ_ηγΟ, em que M é o dito metal promotor, em que X e Y estão na faixa de 0,01 a 0,99.

12. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato do dito metal promotor ser níquel.

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