ES2831352T3 - Doble producción de H2 y CO con regulación de CO - Google Patents

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Abstract

Un proceso para producir un producto (225) que contiene H2 y un producto que contiene CO (185) con capacidad de regulación de producto que contiene CO, comprendiendo el proceso un modo de funcionamiento primario y un modo de funcionamiento secundario; donde durante el modo de funcionamiento primario y durante el modo de funcionamiento secundario: un gas de síntesis crudo (115) se produce en la unidad de producción (100), y el gas de síntesis crudo (115) se retira de la unidad de producción (100); el gas de síntesis crudo (115) se divide en una primera porción dividida (115a) y una segunda porción dividida (115b); la primera porción dividida (115a) se pasa a un reactor de conversión (200) como al menos parte de la alimentación del reactor de conversión (200), reacciona en el reactor de conversión para formar un efluente (116) del reactor de conversión, y el efluente (116) del reactor de conversión se retira del reactor de conversión (200); una alimentación de la unidad de adsorción por oscilación de presión que comprende el efluente (116) del reactor de conversión se separa en una unidad (220) de adsorción por oscilación de presión para formar el producto (225) que contiene H2 y un gas (221) de subproducto de la unidad de adsorción por oscilación de presión; simultáneamente con el paso de la primera porción dividida (115a) como alimentación al reactor de conversión (200), la segunda porción dividida (115b) del gas de síntesis crudo (115) se pasa a una unidad (160) de eliminación de CO2, el CO2 se separa de la segunda porción dividida (115b) en la unidad (160) de eliminación de CO2 para formar un gas (161) de síntesis crudo agotado en CO2 y un efluente (165) que contiene CO2; una alimentación de la unidad de separación criogénica que comprende al menos una porción del gas (161) de síntesis crudo agotado en CO2 se separa en una unidad (180) de separación criogénica para formar al menos el producto que contiene CO (185), una corriente (187) rica en H2 y un subproducto (181) de la unidad de separación criogénica; y al menos una porción (187a) de la corriente (187) rica en H2 se pasa a la unidad de adsorción por oscilación de presión como parte de la alimentación de la unidad de adsorción por oscilación de presión; y donde durante el modo de funcionamiento secundario: una porción (189) o la totalidad del producto que contiene CO (185) se pasa al reactor de conversión (200) como parte de la alimentación del reactor de conversión (200).

Description

DESCRIPCIÓN
Doble producción de H2 y CO con regulación de CO
Antecedentes
La presente divulgación se refiere a un proceso y aparato para la producción de un producto que contiene H2 y un producto que contiene CO con una capacidad de regulación del producto que contiene CO.
El H2 y el CO pueden producirse a partir de una unidad de producción de gas de síntesis crudo común usando un primer tren de proceso para producir el H2 y un segundo tren de proceso para producir CO. E1H2 puede producirse pasando una primera porción del gas de síntesis crudo a un reactor de conversión y pasando el gas de síntesis convertido y deshidratado a una unidad de adsorción por oscilación de presión. El CO puede producirse pasando una segunda porción del gas de síntesis crudo a una unidad de eliminación de CO2 y pasando el gas de síntesis agotado en CO2 a una unidad de separación criogénica.
Cada uno de los trenes de proceso está diseñado para una tasa de producción específica de sus respectivos productos, como se divulga en el documento EP 1146009 A1.
El documento EP 2 565 154 A2 divulga un aparato y un proceso para producir una corriente de productos que contienen hidrógeno y una corriente de productos que contienen monóxido de carbono a partir de un gas de síntesis crudo producido en una unidad de producción de gas de síntesis. Se divulga un tren de proceso, por medio del cual la corriente de productos que contienen hidrógeno se separa primero del gas de síntesis crudo. La corriente de productos que contienen monóxido de carbono se separa de la corriente de gas residual mediante una unidad de separación criogénica.
El documento US 5.351.492 divulga un proceso para la producción de hidrógeno de alta pureza y monóxido de carbono de alta pureza por un proceso de separación de un tren de una mezcla de gas. En particular, el monóxido de carbono se separa de un gas rico en monóxido de carbono después de que el gas crudo haya pasado por un depurador de CO2, una unidad de eliminación de H2O y una etapa de adsorción por oscilación de presión, donde se retira una fracción de producto de hidrógeno.
El documento EP 0816290 A1 divulga un proceso para extraer simultáneamente monóxido de carbono y gas de hidrógeno, por un aparato para producir amoniaco o hidrógeno. El gas de monóxido de carbono se extrae de una segunda porción dividida de gas crudo después de que el agua, el dióxido de carbono y el gas de hidrógeno se hayan retirado de la segunda porción dividida de gas crudo. Una primera porción dividida de gas crudo se pasa a un convertidor de CO para una síntesis de amoniaco que depende del flujo de volumen y la composición de gas del monóxido de carbono extraído.
Cuando se reduce o se detiene la necesidad del cliente o del proceso corriente abajo para el CO (a corto o medio plazo), se reduce el caudal del gas de síntesis crudo hacia el segundo tren de proceso y se regula la unidad de separación criogénica. El problema es que la regulación de las unidades de separación criogénica es limitada, por ejemplo del 30 % al 45 % de su capacidad de diseño. Cuando la necesidad del cliente o del proceso corriente abajo para el CO se reduce por debajo de la capacidad de regulación de la unidad de separación criogénica, el CO innecesario se usa como combustible o se quema.
La detención del tren que produce CO es problemática debido al largo tiempo requerido para poner en marcha la unidad de separación criogénica y la unidad de eliminación de CO2.
La detención del tren que produce CO también puede ser problemática debido a los efectos en el equipo de transferencia de calor que está integrado entre el tren de producción de H2 y el tren de producción de CO.
La industria desea ser capaz de regular la producción de CO sin tener que quemar el CO y/o minimizar la cantidad de CO usada como combustible.
La industria desea mejorar la eficiencia general de la producción durante los modos de regulación de la producción.
Breve sumario
La presente divulgación se refiere a un proceso y aparato para la producción de un producto que contiene H2 y un producto que contiene CO con una capacidad de regulación del producto que contiene CO como se define en las reivindicaciones 1 a 14.
Breve descripción de las diversas vistas de los dibujos
La FIG. 1 es un diagrama de flujo del proceso de un sistema para producir un producto que contenga H2 y un producto que contenga CO.
La FIG. 2 es un diagrama esquemático de un reformador catalítico con vapor e hidrocarburos.
Descripción detallada de las realizaciones preferidas
La descripción detallada subsiguiente proporciona únicamente realizaciones ilustrativas preferidas, y no tiene por objeto limitar el alcance, aplicabilidad, o configuración de la invención. En cambio, la descripción detallada subsiguiente de las realizaciones ilustrativas preferidas proporcionará a los expertos en la materia una descripción subsiguiente para implementar las realizaciones ilustrativas preferidas de la invención, entendiéndose que pueden realizarse varios cambios en la función y disposición de los elementos sin apartarse del alcance de la invención como se define por las reivindicaciones.
Los artículos "un" y "una", como se usan en el presente documento, significan uno o más cuando se aplican a cualquier característica en las realizaciones de la presente invención descrita en la memoria descriptiva y en las reivindicaciones. El uso de "un" y "una" no limita el significado a una sola característica, a menos que se indique específicamente dicho límite. El artículo "el/la" antes de sustantivos singulares o plurales o expresiones de sustantivos denota una característica especificada particular o características especificadas particulares y puede tener una connotación singular o plural dependiendo del contexto en el que se usa.
El adjetivo "cualquiera" significa uno, alguno, o todos de forma indiscriminada de cualquier cantidad.
En la presente memoria descriptiva, a menos que se indique expresamente lo contrario, la palabra "o" se usa en el sentido de un operador que devuelve un valor verdadero cuando se cumplen una o ambas de las condiciones establecidas, en oposición al operador "exclusivo o" que requiere que solo se cumpla una de las condiciones.
El término "y/o" colocado entre una primera entidad y una segunda entidad incluye cualquiera de los significados de (1) solo la primera entidad, (2) solo la segunda entidad, y (3) la primera entidad y la segunda entidad. El término "y/o" colocado entre las dos últimas entidades de una lista de 3 o más entidades significa al menos una de las entidades de la lista incluyendo cualquier combinación específica de entidades de dicha lista. Por ejemplo, "A, B y/o C" tiene el mismo significado que "A y/o B y/o C" y comprende las siguientes combinaciones de A, B y C: (1) solo A, (2) solo B, (3) solo C, 4) A y B y no C, (5) A y C y no B, (6) B y C y no A, y (7) A y B y C.
La expresión "al menos uno de" antes de una lista de características o entidades significa una o más de las características o entidades de la lista de entidades, pero sin incluir necesariamente al menos una de cada entidad que figura específicamente en la lista de entidades y sin excluir ninguna combinación de entidades de la lista de entidades. Por ejemplo, "al menos uno de A, B, o C" (o de forma equivalente "al menos uno de A, B, o C" o de forma equivalente "al menos uno de A, B y/o C") tiene el mismo significado que "A y/o B y/o C" y comprende las siguientes combinaciones de A, B y C: (1) solo A, (2) solo B, (3) solo C, 4) A y B y no C, (5) A y C y no B, (6) B y C y no A, y (7) A y B y C.
El término "pluralidad" significa "dos o más de dos".
La expresión "al menos una porción" significa "una porción o la totalidad". La al menos una porción de una corriente puede tener la misma composición con la misma concentración de cada una de las especies que la corriente de la que se deriva. La al menos una porción de una corriente puede tener una concentración diferente de especies distinta a la de la corriente de la que se deriva. La al menos una porción de una corriente puede incluir únicamente especies específicas de la corriente de la que se deriva.
Como se usa en el presente documento, una "porción dividida" de una corriente es una porción que tiene la misma composición química y concentraciones de especies que la corriente de la que se tomó.
Como se usa en el presente documento, una "porción separada" de una corriente es una porción que tiene una composición química diferente y concentraciones de especies diferentes que la corriente de la que se tomó.
Como se usa en el presente documento, "primero", "segundo", "tercero", etc. se usan para distinguir entre una pluralidad de etapas y/o características, y no es indicativo del número total, o de la posición relativa en el tiempo y/o el espacio, a menos que se exprese expresamente como tal.
Los términos "agotado" o "pobre" significan que tienen una concentración de % en moles menor del componente indicado que la corriente original de la que se formó. "Agotado" no significa que la corriente carezca completamente del componente indicado.
Los términos "rico" o "enriquecido" significan que tienen una concentración de % en moles superior del componente indicado que la corriente original de la que se formó.
Como se usa en el presente documento, "en comunicación de flujo" o "en comunicación de flujo fluido" o "en comunicación fluida" significa conectado operativamente por uno o más conductos, colectores, válvulas o similares, para la transferencia de fluido. Un conducto es cualquier tubería, tubo, pasaje o similares, a través del cual se puede transportar un fluido. Un dispositivo intermedio, tal como una bomba, compresor o cámara puede estar presente entre un primer dispositivo en comunicación de flujo fluido con un segundo dispositivo, a menos que se exprese explícitamente lo contrario.
"Corriente abajo" y "corriente arriba" se refieren a la dirección de flujo prevista del fluido transferido del proceso. Si la dirección de flujo prevista del fluido de proceso es del primer dispositivo al segundo dispositivo, el segundo dispositivo está en comunicación de flujo fluido corriente abajo del primer dispositivo. En el caso de una corriente de reciclaje, corriente abajo y corriente arriba se refieren al primer paso del fluido del proceso.
Como se usa en la presente solicitud, las expresiones "separación criogénica", "que separa de forma criogénica" significan que una mezcla se separa mediante un proceso de separación, por ejemplo, condensación, destilación y/o fraccionamiento, funcionando con una temperatura mínima inferior a la temperatura requerida para condensar al menos un componente de la mezcla a la presión de funcionamiento. Normalmente, dicha temperatura mínima estará por debajo de -60 °F (-50 °C), preferentemente por debajo de -150 °F (-100 °C).
La separación no criogénica incluye otras formas de separación, por ejemplo, sorción y separación por membranas. A continuación se describen las realizaciones ilustrativas del proceso y aparato. Si bien el proceso y aparato son susceptibles de diversas modificaciones y formas alternativas, se han mostrado realizaciones específicas de las mismas a modo de ejemplo en los dibujos y se describen en detalle en el presente documento. Debe entenderse que, sin embargo, la descripción que se hace en el presente documento de las realizaciones específicas no tiene por objeto limitar la invención a las formas particulares divulgadas, sino por el contrario, la invención debe abarcar todas las modificaciones, equivalentes, y alternativas que caen dentro del alcance de la invención como se define por las reivindicaciones adjuntas.
La presente divulgación se refiere a un proceso y aparato para la producción de un producto que contiene H2 y un producto que contiene CO con la capacidad para regular la tasa de producción del producto que contiene CO.
El proceso y aparato se describen con referencia a las figuras.
La FIG. 1 es un diagrama de flujo del proceso para el proceso y aparato de una realización preferida para producir un producto 225 que contenga H2 y un producto 185 que contenga CO con capacidad de regulación del producto que contenga CO.
Una unidad de producción 100 produce un gas de síntesis crudo 115. Un "gas de síntesis crudo" se define en el presente documento como un gas que comprende H2, CO, y otros componentes gaseosos, por ejemplo, uno o más de H2O, CH4, N2, y CO2. La unidad de producción 100 tiene una entrada para introducir reactivos 101 y una salida para descargar el gas de síntesis crudo 115.
La unidad de producción 100 puede ser un reformador catalítico con vapor e hidrocarburos, una unidad de oxidación parcial (unidad de gasificación), un reformador autotérmico, u otra unidad conocida en la técnica para producir un gas de síntesis crudo. Como se usa en el presente documento, la expresión "oxidación parcial" incluye la oxidación parcial de un gas, material carbonoso líquido o sólido, con o sin catalizador.
La unidad de producción 100 puede ser un reformador 102 catalítico con vapor e hidrocarburos como se muestra esquemáticamente en la FIG. 2.
En caso de que la unidad de producción 100 sea un reformador 102 catalítico con vapor e hidrocarburos, un gas 101 de alimentación del reformador se introduce en una pluralidad de tubos 110 de reformador que contiene catalizador en el reformador 102 catalítico con vapor e hidrocarburos. El gas 101 de alimentación del reformador reacciona en una reacción de reformado bajo condiciones de reacción eficaces para formar un reformado que comprende H2, CO, CH4, y H2O, y el reformado se retira de la pluralidad de tubos 110 de reformador que contiene catalizador del reformador 102 catalítico con vapor e hidrocarburos como el gas de síntesis crudo 115.
En caso de que la unidad de producción 100 sea un reformador 102 catalítico con vapor e hidrocarburos, el reformador 102 catalítico con vapor e hidrocarburos tiene una sección (radiante) de combustión 120. La sección de combustión contiene la pluralidad de tubos 110 de reformador que contiene catalizador. Cada uno de la pluralidad de tubos 110 de reformador que contiene catalizador tiene una entrada y una salida, donde la salida de la unidad de producción 100 está en comunicación de flujo fluido con la salida de cada una de la pluralidad de tubos 110 de reformador que contiene catalizador.
Un combustible 105 se sometió a combustión con un oxidante 103 en el reformador 102 catalítico con vapor e hidrocarburos externo a la pluralidad de tubos 110 de reformador que contiene catalizador bajo condiciones de reacción eficaces para quemar el combustible 105 para formar un gas de producto de combustión 125 y generar calor para suministrar energía para hacer reaccionar el gas 101 de alimentación del reformador en el interior de la pluralidad de tubos 110 de reformador que contiene catalizador. El gas 125 de producto de combustión se retira del reformador 102 catalítico con vapor e hidrocarburos.
Una caldera de calor residual 140 puede usarse para enfriar el gas de síntesis crudo 115 retirado de la unidad de producción 100. El vapor puede producirse en la caldera de calor residual 140.
Hay dos trenes de procesamiento: un primer tren para producir el producto 225 que contiene H2, y un segundo tren para producir el producto 185 que contiene CO.
El gas de síntesis crudo 115 se divide en una primera porción dividida 115a y una segunda porción dividida 115b. La primera porción dividida 115a se pasa al tren de proceso para producir el producto 225 que contiene H2 y la segunda porción dividida 115b se pasa simultáneamente al tren de proceso para producir el producto 185 que contiene CO. La primera porción dividida 115a del gas de síntesis crudo 115 se pasa al reactor de conversión 200 como al menos una parte de la alimentación 199 al reactor de conversión 200. La entrada del reactor de conversión 200 está en comunicación de flujo fluido corriente abajo con la salida de la unidad de producción 100. La entrada del reactor de conversión 200 está dispuesta operativamente para recibir la primera porción dividida 115a del gas de síntesis crudo 115 descargado de la salida de la unidad de producción 100.
La alimentación 199 al reactor de conversión 200 se somete a una conversión catalítica para convertir CO en CO2 por reacción con vapor, con la producción simultánea de más H2. Impurezas menores en la alimentación del reactor de conversión, por ejemplo, polvo, carbono, brea, cianuro de hidrógeno, óxidos de nitrógeno, azufre, y compuestos de azufre se eliminan deseablemente antes de la reacción de conversión. Dicha purificación preliminar puede verse afectada por técnicas convencionales, por ejemplo, por un sistema de purificación catalítica de alimentación que comprende un reactor hidrogenador y una unidad desulfuradora (no mostrados), normalmente ubicados antes de la unidad de producción 100.
La conversión catalítica puede llevarse a cabo de dos maneras amplias.
En un primer lugar, si la eliminación completa del azufre y cualquier otro veneno de catalizador se ve afectada antes del cambio, son adecuadas las siguientes técnicas:
"cambio de alta temperatura", usando una temperatura de entrada en el intervalo de 330 °C a 400 °C, una temperatura de salida en el intervalo de 400 °C a 500 °C, usualmente sobre un catalizador de óxido de hierro/cromía, y proporcionando en una única fase un contenido de monóxido de carbono de salida en un intervalo de aproximadamente 2 % a aproximadamente 5 % en volumen en una base seca;
"cambio de baja temperatura", usando una temperatura de entrada en un intervalo de aproximadamente 190 °C a aproximadamente 230 °C, una temperatura de salida en un intervalo de aproximadamente 250 °C a aproximadamente 300 °C, usualmente sobre un catalizador que comprende cobre metálico, óxido de zinc, y uno o más óxidos reducibles con dificultad tales como la alúmina o la cromía, y que proporcionan un contenido de monóxido de carbono de salida en un intervalo de aproximadamente 0,1% a aproximadamente 1,0%, especialmente por debajo del 0,5 % en volumen en una base seca;
"combinación", usando la secuencia de cambio de alta temperatura, enfriamiento por intercambio de calor indirecto, y cambio de baja temperatura; si se desea, cualquiera de las fases de conversión puede ser subdividida con enfriamiento entre lechos; y
"cambio de temperatura media" en el que la temperatura de entrada está en un intervalo de aproximadamente 190 °C a aproximadamente 325 °C y la temperatura de salida es de hasta aproximadamente 430 °C: se puede usar un catalizador de cobre con soporte formulado adecuadamente, y el contenido de monóxido de carbono de salida es normalmente de hasta aproximadamente 2 % en volumen en una base seca.
En un segundo lugar, si no hay eliminación de azufre antes del reactor de conversión, o si hay un tratamiento, por ejemplo con un líquido absorbente, que elimina algunos de los compuestos de azufre, por ejemplo, sulfuro de hidrógeno, pero solo efectúa una eliminación incompleta de otros compuestos de azufre, por ejemplo, sulfuro de carbonilo, entonces la conversión sulfactiva, también conocida como conversión "sucia", puede emplearse, donde el gas de síntesis crudo se pone en contacto con un catalizador de sulfuro de cobalto y molibdeno. La temperatura en la entrada está normalmente en el intervalo de 200° a 350 °C y en la salida de 50° a 100 °C superior. El contenido de monóxido de carbono de salida es normalmente 0, 5 a 4 % en volumen en una base seca.
Si se usa la forma sulfactiva de conversión, el gas de síntesis crudo es preferentemente desulfurado antes de pasar a la unidad 220 de adsorción por oscilación de presión.
Las temperaturas de entrada y salida anteriores se refieren a los lechos de catalizador de conversión adiabática. Sin embargo, en el interés de la recuperación de energía, La conversión catalítica puede funcionar en intercambio de calor indirecto con un refrigerante, especialmente agua a presión. Por tanto, el catalizador puede ser desechado en tubos rodeados de agua, o viceversa. Los detalles de dicha fase de conversión se dan en el documento EP-A-157480. Si el gas de síntesis crudo ha sido enfriado para purificarlo antes de la conversión, la temperatura en la fase de conversión se eleva preferentemente de la entrada a la salida.
Después de que el gas de síntesis crudo se convierta en el reactor de conversión, el efluente 116 del reactor de conversión (gas de síntesis crudo convertido) se retira del reactor de conversión 200.
El calor puede recuperarse del efluente 116 del reactor de conversión en una red de transferencia de calor de intercambiadores de calor 210, donde puede producirse vapor a partir del calor extraído del gas de síntesis crudo, como se entiende adecuadamente en la técnica. Se puede usar cualquier red de intercambiadores de calor que se desee, por ejemplo, como se divulga en la patente de EE. UU. n.° 8.828.107, la patente de Estados Unidos n.° 8.956.587, la patente de Estados Unidos n.° 9.586.819, y la solicitud PCT n. WO 2012/078299. La red de transferencia de calor de los intercambiadores de calor 210 también puede incluir la caldera de calor residual 140 y los intercambiadores de calor para enfriar la segunda porción dividida 115b del gas de síntesis crudo 115.
El agua puede condensarse y eliminarse del gas de síntesis crudo después de pasar por el reactor de conversión 200 en la red de intercambiadores de calor 210 antes de pasar el gas de síntesis crudo a la unidad 220 de adsorción por oscilación de presión.
La unidad de adsorción por oscilación de presión tiene una entrada, una primera salida y una segunda salida. La entrada de la unidad 220 de adsorción por oscilación de presión está en comunicación de flujo fluido con la salida del reactor de conversión 200. La entrada de la unidad 220 de adsorción por oscilación de presión está dispuesta operativamente para recibir al menos una porción del efluente del reactor de conversión, normalmente agotado en agua, de la salida del reactor de conversión 200.
La alimentación de la unidad de adsorción por oscilación de presión que comprende el efluente 211 del reactor de conversión agotado en agua, se separa en la unidad 220 de adsorción por oscilación de presión para formar el producto 225 que contiene H2 y un gas de subproducto 221 de la unidad de adsorción por oscilación de presión, normalmente llamado "gas de cola". El producto 225 que contiene H2 se descarga de la primera salida de la unidad 220 de adsorción por oscilación de presión y el gas de subproducto 221 de la unidad de adsorción por oscilación de presión se descarga de la segunda salida de la unidad 220 de adsorción por oscilación de presión. El gas de subproducto 221 de la unidad de adsorción por oscilación de presión puede pasar de la unidad de producción 100 como alimentación (incluida la alimentación como gas de proceso y/o como combustible) a la unidad de producción durante el modo de funcionamiento primario y durante el modo de funcionamiento secundario (regulación).
La unidad 220 de adsorción por oscilación de presión puede usar cualquier ciclo de adsorción por oscilación de presión adecuado. Los ciclos de adsorción por oscilación de presión comprenden una serie de etapas bien conocidas. Las diversas etapas de los ciclos de adsorción por oscilación de presión se describen en los documentos EP 2823872 y US2014/0373713 (ahora US 9381460). Los ciclos de adsorción por oscilación de presión específicos se proporcionan en artículos relacionado "Pressure Swing Adsorption cycles for 4 to 7 adsorption beds," IP.com número 000241449, 29 de abril de 2015, y "Pressure Swing Adsorption cycles for 7 or more adsorption beds," IP.com número 000241619, 18 de mayo de 2015, disponible en forma impresa en la Revista IP.com.
En caso de que la unidad de producción 100 sea un reformador 102 catalítico con vapor e hidrocarburos, el gas de subproducto 221 de la unidad de adsorción por oscilación de presión puede pasar a la unidad de producción 100 como alimentación a la unidad de producción como parte del combustible 105 para el reformador 102 como se muestra en la FIG. 2.
En caso de que la unidad de producción 100 sea un reactor de oxidación parcial, tal como un gasificador de carbón, el gas de subproducto 221 de la unidad de adsorción por oscilación de presión puede introducirse en el reactor de oxidación parcial junto con la materia prima carbonosa.
En caso de que la unidad de producción 100 sea un reformador autotérmico, el gas de subproducto 221 de la unidad de adsorción por oscilación de presión puede introducirse en el reformador autotérmico como parte de la alimentación de hidrocarburos.
La segunda porción dividida 115b del gas de síntesis crudo 115 puede ser enfriada en uno o más intercambiadores de calor 150 y posteriormente pasar a la unidad 160 de eliminación de CO2. La segunda porción dividida 115b del gas de síntesis crudo 115 se pasa a la unidad de eliminación de CO2 al mismo tiempo que la primera porción dividida 115a se pasa al reactor de conversión 200. El uno o más intercambiadores de calor 150 pueden formar parte de la red de transferencia de calor de los intercambiadores de calor 210. La unidad 160 de eliminación de CO2 puede ser cualquier unidad adecuada para eliminar CO2 conocida en la técnica, por ejemplo, un lavado químico (amina) (MDEA, MEA, DEA), un lavado físico (Rectisol®) o una adsorción selectiva.
Los sistemas de eliminación de gas ácido para aplicaciones de gas de síntesis están diseñados para eliminar principalmente CO2 y, en algunos casos, componentes de azufre. Los sistemas de eliminación de gas ácido comprenden una columna de adsorción de única etapa o múltiples etapas, equipo de regeneración de solución como un separador y/o una cámara instantánea, intercambiadores de calor, incluyendo un rehervidor de separador, y bombas. Hay dos tipos básicos de sistemas de eliminación de gas ácido: lavado químico o lavado físico. Los ejemplos de lavado químico incluyen todos los sistemas basados en aminas (MEA, m DeA, DEA, DGA®, aMDEA®, UCARSOL™, Sulfinol®), y el proceso de Benfield con carbonato de potasio. Los ejemplos de lavado físico incluyen el sistema Rectisol® basado en metanol refrigerado y el sistema Selexol® con éter dimetílico o polietilenglicol.
La unidad 160 de eliminación de CO2 tiene una entrada, una primera salida, y una segunda salida. La entrada de la unidad 160 de extracción de CO2 está en comunicación de flujo fluido corriente abajo con la salida de la unidad de producción 100. La entrada de la unidad de eliminación de CO2 está dispuesta operativamente para recibir la segunda porción dividida 115b del gas de síntesis crudo 115 retirado de la salida de la unidad de producción 100. El CO2 se separa de la segunda porción dividida 115b del gas de síntesis 115 en la unidad de eliminación de CO2 para formar un gas de síntesis 161 agotado en CO2 y un efluente 165 que contiene CO2. El gas 161 de síntesis crudo agotado en CO2 se descarga de la primera salida de la unidad de eliminación de CO2 y el efluente 165 que contiene CO2 se descarga de la segunda salida de la unidad 160 de eliminación de CO2.
En caso de que la unidad de producción 100 sea un reactor de oxidación parcial que use una alimentación carbonosa sólida (p. ej., un gasificador de carbón), una porción del efluente 165 que contiene CO2 puede ser tratada y comprimida y usada para transportar la alimentación carbonosa sólida al reactor de oxidación parcial.
El gas 161 de síntesis crudo agotado en CO2 de la unidad 160 de eliminación de CO2 puede separarse en una unidad 170 de adsorción por oscilación de temperatura (TSA, por sus siglas en inglés). La unidad 170 de adsorción por oscilación de temperatura puede ser necesaria para eliminar el CO2 y e1H2O residuales que queden en el gas 161 de síntesis crudo agotado en CO2 después de pasar por la unidad 160 de eliminación de CO2 antes de la separación criogénica. Las unidades de adsorción por oscilación de temperatura para eliminar el CO2 y e1H2O son bien conocidas en la técnica. La unidad 170 de TSA tiene una entrada, una primera salida, y una segunda salida. La entrada de la unidad 170 de TSA está en comunicación de flujo fluido corriente abajo con la salida de la unidad 160 de eliminación de CO2. Un gas de síntesis crudo agotado en CO2 y H2O y adecuado como alimentación 171 de la unidad de separación criogénica se retira de la primera salida de la unidad 170 de TSA. Un gas 175 de subproducto de la unidad de adsorción por oscilación de temperatura que contiene CO2 y H2O se retira de la segunda salida de la unidad 170 de TSA.
Una alimentación 171 de unidad de separación criogénica que comprende al menos una porción del gas 161 de síntesis crudo agotado en CO2 se separa en una unidad 180 de separación criogénica (denominada en la industria como "caja fría") para formar el producto 185 que contiene CO, una corriente 187 rica en H2, y un subproducto 181 de unidad de separación criogénica. La unidad 180 de separación criogénica también puede formar corrientes adicionales (no se muestra).
La unidad 180 de separación criogénica tiene una entrada, una primera salida, una segunda salida, y una tercera salida. La entrada está en comunicación de flujo fluido corriente abajo con la primera salida de la unidad 160 de eliminación de CO2 (a través de la primera salida de la unidad 170 de TSA). La entrada de la unidad 180 de separación criogénica está dispuesta operativamente para recibir al menos una porción del gas 161 de síntesis crudo agotado en CO2 de la salida de la unidad 160 de eliminación de CO2. El producto que contiene CO 185 se descarga de la primera salida de la unidad 180 de separación criogénica, la corriente 187 rica en H2 se descarga de la segunda salida de la unidad 180 de separación criogénica, y el subproducto 181 de unidad de separación criogénica se descarga de la tercera salida de la unidad 180 de separación criogénica.
El producto que contiene CO 185 puede ser esencialmente CO puro, por ejemplo, que tiene una concentración de CO superior al 99 % en moles. El producto que contiene CO 185 puede ser un "oxogás", un gas de síntesis que tiene una relación molar deseada H2 a CO. El oxogás puede, por ejemplo, tener una relación molar H2:CO entre 0,5 y 2,5.
La unidad 180 de separación criogénica puede contener cualquier número de fraccionadores tales como columnas de destilación, tambores ultrarrápidos, columnas de rectificación, columnas de separación y similares. La unidad 180 de separación criogénica puede contener una columna de lavado de metano.
Cualquier unidad 180 de separación criogénica adecuada puede usarse para formar el producto que contiene CO 185. Las divulgaciones para las unidades de separación criogénica con el fin de formar productos que contengan CO incluyen las patentes de Estados Unidos n.° 4.217.759, 4.488.890, 4.525.187, 4.566.886, 5.351.491, 5.609.040, 5.832.747, 6.161.397, y EP 2414282.
La corriente 187 rica en H2 tiene una concentración relativamente alta de H2 y es adecuada como alimentación a la unidad 220 de adsorción por oscilación de presión. Al menos una porción 187a de la corriente 187 rica en H2 se pasa a la unidad de adsorción por oscilación de presión como parte de la alimentación de la unidad de adsorción por oscilación de presión. Una línea de transferencia de gas de proceso proporciona una comunicación de flujo fluido entre la segunda salida de la unidad 180 de separación criogénica y la entrada de la unidad 220 de adsorción por oscilación de presión para transferir al menos una porción 187a de la corriente 187 rica en H2 de la segunda salida de la unidad 180 de separación criogénica a la entrada de la unidad 220 de adsorción por oscilación de presión. El subproducto 181 de la unidad de separación criogénica contiene generalmente aproximadamente 75 a 80 % en vol. de CH4, aproximadamente 20 % en vol. de H2, y aproximadamente 1,5 % en vol. de CO, y puede pasar a la unidad de producción 100 como alimentación (incluyendo la alimentación como un gas de proceso y/o como combustible) a la unidad de producción.
En caso de que la unidad de producción 100 sea un reformador 102 catalítico con vapor e hidrocarburos, el subproducto 181 de la unidad de separación criogénica puede pasar al reformador 102 catalítico con vapor e hidrocarburos como alimentación del reformador 102 catalítico con vapor e hidrocarburos como parte del combustible 105 para el reformador 102 catalítico con vapor e hidrocarburos como se muestra en la FIG. 2.
En caso de que la unidad de producción 100 sea un reactor de oxidación parcial, tal como un gasificador de carbón, el subproducto 181 de la unidad de separación criogénica puede introducirse en el reactor de oxidación parcial junto con la materia prima carbonosa.
En caso de que la unidad de producción 100 sea un reformador autotérmico, el subproducto 181 de la unidad de separación criogénica puede introducirse en el reformador autotérmico como parte de la alimentación de hidrocarburos.
El proceso se caracteriza por un modo de funcionamiento primario (normal) y un modo secundario (regulación) de CO), más específicamente por el modo secundario (regulación) de CO).
Durante el modo de funcionamiento primario, una porción 226 del producto 225 que contiene H2 se pasa a almacenamiento, un cliente, y/o un proceso corriente abajo y una porción 186 del producto que contiene CO 185 se pasa a almacenamiento, un cliente, y/o un proceso corriente abajo.
Durante el modo de funcionamiento secundario, una porción 226 del producto 225 que contiene H2 se pasa a almacenamiento, un cliente, y/o un proceso corriente abajo y una porción 186 del producto que contiene CO 185 se pasa a almacenamiento, un cliente, y/o un proceso corriente abajo donde el caudal de la porción 186 durante el modo de funcionamiento secundario es menor que el caudal de la porción 186 durante el modo de funcionamiento primario. El caudal de la porción 186 del producto que contiene CO 185 durante el modo de funcionamiento secundario puede ser cero.
El tren de producción de CO tiene una capacidad de diseño para la producción de CO. La capacidad de diseño es la salida máxima teórica del tren que produce CO en un período dado en condiciones ideales o convencionales.
Durante el modo de funcionamiento primario (normal), el CO puede ser producido a un caudal molar del 80 % al 100% de la capacidad de diseño del tren que produce CO. Durante el modo de funcionamiento secundario, el producto que contiene CO 185 puede producirse de 25 % a 70 % o de 30 % a 50 % de un caudal molar de la capacidad de diseño.
Durante el modo de funcionamiento primario, el gas de síntesis crudo 115 se produce en la unidad de producción 100 y el gas de síntesis crudo 115 se retira de la unidad de producción 100. El gas de síntesis 115 se divide en la primera porción dividida 115a y la segunda porción dividida 115b. La primera porción dividida se pasa al reactor de conversión como al menos una parte de la alimentación 199 al reactor de conversión 200, reaccionó en el reactor de conversión para formar el efluente 116 del reactor de conversión, y el efluente 116 del reactor de reacción se retira del reactor de conversión 200. La segunda porción dividida 115b del gas de síntesis crudo 115 se pasa a la unidad 160 de eliminación de CO2, el CO2 se separa de la segunda porción dividida 115b en la unidad 160 de eliminación de CO2 para formar el gas 161 de síntesis crudo en CO2 y el efluente 165 que contiene CO2.
Durante el modo de funcionamiento primario, la alimentación de la unidad de adsorción por oscilación de presión, que comprende el efluente 116 del reactor de conversión, se separa en la unidad 220 de adsorción por oscilación de presión para formar el producto 225 que contiene H2 y el gas 221 de subproducto de la unidad de adsorción por oscilación de presión.
Durante el modo de funcionamiento primario, la alimentación de la unidad de separación criogénica que comprende al menos una porción del gas 161 de síntesis crudo agotado en CO2 se separa en la unidad 180 de separación criogénica para formar al menos el producto que contiene CO 185, la corriente 187 rica en H2, y el subproducto 181 de la unidad de separación criogénica. Al menos una porción 187a de la corriente 187 rica en H2 se pasa a la unidad 220 de adsorción por oscilación de presión como parte de la alimentación de la unidad de adsorción por oscilación de presión.
Durante el modo de funcionamiento secundario, el gas de síntesis crudo 115 se produce en la unidad de producción 100 y el gas de síntesis crudo 115 se retira de la unidad de producción 100. El gas de síntesis 115 se divide en la primera porción dividida 115a y la segunda porción dividida 115b. La primera porción dividida se pasa al reactor de conversión como al menos una parte de la alimentación 199 al reactor de conversión 200, reaccionó en el reactor de conversión para formar el efluente 116 del reactor de conversión, y el efluente 116 del reactor de reacción se retira del reactor de conversión 200. La segunda porción dividida 115b del gas de síntesis crudo 115 se pasa a la unidad 160 de eliminación de CO2, el CO2 se separa de la segunda porción dividida 115b en la unidad 160 de eliminación de CO2 para formar el gas 161 de síntesis crudo en CO2 y el efluente 165 que contiene CO2.
Durante el modo de funcionamiento secundario, la alimentación de la unidad de adsorción por oscilación de presión, que comprende el efluente 116 del reactor de conversión, se separa en la unidad 220 de adsorción por oscilación de presión para formar el producto 225 que contiene H2 y el gas 221 de subproducto de la unidad de adsorción por oscilación de presión.
Durante el modo de funcionamiento secundario, la alimentación de la unidad de separación criogénica que comprende al menos una porción del gas 161 de síntesis crudo agotado en CO2 se separa en la unidad 180 de separación criogénica para formar al menos el producto que contiene CO 185, la corriente 187 rica en H2, y el subproducto 181 de la unidad de separación criogénica. Al menos una porción 187a de la corriente 187 rica en H2 se pasa a la unidad 220 de adsorción por oscilación de presión como parte de la alimentación de la unidad de adsorción por oscilación de presión.
Lo que distingue el modo de funcionamiento secundario del modo de funcionamiento primario es que durante el modo de funcionamiento secundario, una porción 189 o la totalidad del producto que contiene CO 185 se pasa al reactor de conversión 200 como parte de la alimentación 199 al reactor de conversión 200. Habitualmente, ninguno de los productos que contienen CO 185 se pasa al reactor de conversión 200 como parte de la alimentación al reactor de conversión durante el modo de funcionamiento primario. En caso de que una porción 189 del producto que contiene CO 185 se pase al reactor de conversión 200 durante el modo de funcionamiento primario, la característica distintiva es que un mayor caudal molar de la porción 189 se pasa al reactor de conversión 200 durante el modo de funcionamiento secundario que durante el modo de funcionamiento primario.
Dependiendo de la presión del producto que contiene CO 185, la porción 189 puede ser comprimida en un compresor a medida que la porción 189 del producto que contiene CO 185 se pasa al reactor de conversión 200. Una línea de transferencia de gas de proceso, cuando la entrada del reactor de conversión 200 está en comunicación de flujo fluido con la primera salida de la unidad 180 de separación criogénica a través de la línea de transferencia de gas de proceso, proporciona la capacidad de pasar la porción 189 o la totalidad del producto que contiene CO 185 a la entrada del reactor de conversión 200.
Dependiendo de la capacidad de diseño del reactor de conversión 200, la totalidad del producto que contiene CO 185 puede no ser capaz de ser procesado en el reactor de conversión 200. En ese caso, una porción 183 del producto que contiene CO 185 puede pasarse a la unidad de producción 100 como alimentación (incluida la alimentación como gas de proceso y/o como combustible) a la unidad de producción 100 durante el modo de funcionamiento secundario.
En caso de que la unidad de producción 100 sea un reformador 102 catalítico con vapor e hidrocarburos, la porción 183 del producto que contiene CO 185 puede pasar a la unidad de producción 100 como alimentación de la unidad de producción 100 durante el modo de funcionamiento secundario como parte del combustible 105 para el reformador 102 como se muestra en la FIG. 2.
En caso de que la unidad de producción 100 sea un reactor de oxidación parcial, tal como un gasificador de carbón, la porción 183 del producto que contiene CO 185 puede introducirse en el reactor de oxidación parcial junto con la materia prima carbonosa.
En caso de que la unidad de producción 100 sea un reformador autotérmico, la porción 183 del producto que contiene CO 185 puede introducirse en el reformador autotérmico como parte de la alimentación de hidrocarburos. Dado que la reacción de cambio es exotérmica, un mayor caudal molar de CO, y la consiguiente mayor concentración molar, en la alimentación 199 al reactor de conversión 200 aumentaría la temperatura en el reactor de conversión 200, si no se hacen otras modificaciones en el proceso.
En el proceso, un gas que contenga H2 y/o un gas que contenga CO2 puede ser introducido en el reactor de conversión 200 como parte de la alimentación 199 al reactor de conversión 200 durante el modo de funcionamiento secundario. Añadiendo H2 y/o CO2, la temperatura del reactor de conversión 200 puede ser moderada.
El gas que contiene CO2 puede formarse a partir del efluente 165 que contiene CO2 de la unidad 160 de eliminación de CO2.
El gas que contiene H2 puede formarse a partir de una porción 227 del producto 225 que contiene H2 y/o una porción 187b de la corriente 187 rica en H2 de la unidad 180 de separación criogénica.
El caudal de la porción 227 del producto 225 que contiene H2 y/o el caudal de la porción 187b de la corriente 187 rica en H2 pasada al reactor de conversión 200 como parte de la alimentación 199 al reactor de conversión 200 durante el modo de funcionamiento secundario puede seleccionarse para mantener la temperatura del efluente 116 del reactor de conversión y/o la temperatura en el reactor de conversión 200 por debajo de una temperatura máxima diana. La temperatura máxima diana puede seleccionarse en función de las especificaciones del fabricante del catalizador.
Tal como se muestra en la FIG. 1, un sensor de temperatura 205 puede adquirir la temperatura del efluente 116 del reactor de conversión y proporcionar una señal a un controlador para ajustar una válvula para controlar el caudal de gas que contiene H2. Un sensor de temperatura (no se muestra) puede adquirir la temperatura dentro del reactor de conversión 200 y proporcionar una señal a un controlador para ajustar una válvula para controlar el caudal de gas que contiene H2.
El modelado del reactor de cambio, por ejemplo, usando el software Aspen Plus®, puede usarse para determinar un caudal adecuado de la porción 227 del producto 225 que contiene H2 y/o el caudal de la porción 187b de la corriente 187 rica en H2 pasada al reactor de conversión 200 como parte de la alimentación 199 al reactor de conversión 200 durante el modo de funcionamiento secundario.
Se proporciona una línea de transferencia de gas de proceso para pasar el gas que contiene H2 a la entrada del reactor de conversión 200. El gas que contiene H2 puede calentarse en el calentador 190 de gas de proceso para proporcionar una temperatura adecuada de la alimentación 199 al reactor de conversión 200.
La línea de transferencia de gas de proceso para proporcionar el gas que contiene H2 puede proporcionar una comunicación de flujo fluido entre la primera salida de la unidad 220 de adsorción por oscilación de presión y la entrada del reactor de conversión 200 para proporcionar la porción 227 del producto 225 que contiene H2 como gas que contiene H2.
La línea de transferencia de gas de proceso para proporcionar el gas que contiene H2 puede proporcionar una comunicación de flujo fluido entre la segunda salida de la unidad 180 de separación criogénica y la entrada del reactor de conversión 200 para proporcionar la porción 187b de la corriente 187 rica en H2 como el gas que contiene H2.
Además del problema del sobrecalentamiento del catalizador de conversión en el reactor de conversión 200, se debe tener cuidado de evitar la reducción excesiva del catalizador de conversión en caso de que el catalizador de conversión sea un catalizador de conversión basado en hierro.
La reducción excesiva del catalizador de conversión durante el modo de funcionamiento secundario puede evitarse introduciendo vapor adicional 209 con la alimentación 199 al reactor de conversión 200. La adición o reducción del vapor 209 y/o la temperatura del vapor 209 también puede ayudar a controlar la temperatura del catalizador de conversión en el reactor de conversión 200.
El vapor adicional 209 puede proporcionarse a la entrada del reactor de conversión 200 mediante una línea de transferencia de gas de proceso. El vapor adicional 209 puede producirse en la red de transferencia de calor de los intercambiadores de calor 210.
La propensión a la reducción excesiva del catalizador de conversión puede determinarse a partir de un factor de reducción (R), como se conoce en la técnica, por ejemplo, como se describe en Smith R J et al., "A Review of the Water Gas Shift Reaction Kinetics", Int. J. of Chem. Reactor Engg., Vol. 8, The Berkeley Electronic Press, 2010. Además, los fabricantes de catalizadores de conversión basados en hierro suelen proporcionar información sobre las condiciones necesarias para evitar la reducción excesiva de su catalizador de conversión basado en hierro.
El factor de reducción generalmente considera la concentración de CO, la concentración de CO2, la concentración de H2O, y la concentración de H2.
El caudal del vapor adicional 209 pasado como parte de la alimentación 199 al reactor de conversión 200 que contiene el catalizador de conversión basado en hierro durante el modo de funcionamiento secundario puede ser seleccionado para prevenir la reducción excesiva del catalizador de conversión basado en hierro. El caudal del vapor adicional 209 puede controlarse en función del caudal de la porción 189 del producto que contiene CO 185.
El caudal y/o la temperatura del vapor adicional 209 pasado como parte de la alimentación 199 al reactor de conversión 200 durante el modo de funcionamiento secundario puede controlarse para mantener una temperatura del efluente 116 del reactor de conversión que sale del reactor de conversión 200 por debajo de una temperatura máxima diana.
El caudal y/o la temperatura del vapor adicional 209 pasado como parte de la alimentación 199 al reactor de conversión 200 durante el modo de funcionamiento secundario puede controlarse para mantener una temperatura en el reactor de conversión 200 por debajo de una temperatura máxima diana.
A medida que se disminuye la necesidad de que la porción 186 del producto que contiene CO 185 pase al almacenamiento, un cliente, y/o un proceso corriente abajo, el caudal de la porción dividida 115b del gas de síntesis crudo 115 se disminuye y el funcionamiento de la unidad 180 de separación criogénica se ajusta para adaptar los caudales más bajos. El funcionamiento de las unidades de separación criogénica en condiciones de regulación es conocido por los expertos en la materia.
Dado que el caudal de CO al reactor de conversión 200 se aumenta durante el modo de funcionamiento secundario, se formará H2 adicional y, por lo tanto, se producirá un producto 225 adicional que contenga H2 a partir de la unidad 220 de adsorción por oscilación de presión.
Como resultado, la tasa de producción de la unidad de producción 100 puede disminuir y seguir produciendo la misma cantidad de porción 226 del producto 225 que contiene H2 pasada a almacenamiento, un cliente, y/o un proceso corriente abajo durante el modo de funcionamiento secundario como durante el modo de funcionamiento primario.
El uso de la porción 189 del producto que contiene CO 185 para la producción de H2 en el reactor de conversión 200 en lugar de utilizar el CO para combustible o quema mejora la eficiencia general del proceso durante el modo de funcionamiento secundario.
Ejemplos
El proceso fue simulado usando el software de simulación AspenPlus®. La unidad de producción 100 era un reformador catalítico con vapor e hidrocarburos como se muestra en la FIG. 2.
Ejemplo 1
En el ejemplo 1, el tren de producción de CO produce el 35 % de su capacidad de diseño para CO (es decir, un caso de regulación). La regulación al 35 % corresponde a una regulación mínima típica capaz de producir el tren de producción de CO.
El gas de cola de adsorción por oscilación de presión se devuelve al reformador catalítico con vapor e hidrocarburos como combustible.
Una porción (corriente 183) del CO que se produce se devuelve al reformador como combustible. Otra porción del CO que se produce, corriente 186, se quema. Si bien una determinada cantidad de CO puede ser reciclada al reformador catalítico con vapor e hidrocarburos como combustible, el CO es un combustible de bajo poder calorífico, y hay limitaciones en la cantidad usada como combustible de reformador debido a las limitaciones de combustible de reajuste.
La Tabla 1 proporciona un balance de calor y material para las principales corrientes de proceso del ejemplo 1. En este caso, el gas natural consumido para alimentar y (reajustar) el combustible del reformador catalítico con vapor e hidrocarburos es de 585,8 GJ/h (HHV) para producir 1525,6 kmol/h H2. El rendimiento total resultante es de 384,0 MJ/kmol H2.
Ejemplo 2
En el ejemplo 2, el tren de producción de CO produce la misma cantidad de CO que en el ejemplo 1, (35 % de la capacidad de diseño del tren de producción de CO). El CO que se produce se pasa a la entrada del reactor de conversión como corriente 189.
El gas de cola de adsorción por oscilación de presión se devuelve al reformador catalítico con vapor e hidrocarburos como combustible.
La Tabla 2 proporciona un balance de calor y material para las principales corrientes de proceso del ejemplo 2. En este caso, el gas natural consumido para alimentar y (reajustar) el combustible del reformador catalítico con vapor e hidrocarburos es de 523,2 GJ/h (HHV) para producir 1388 kmol/h H2. El rendimiento total resultante es de 376,9 MJ/kmol H2.
Tabla 1
N.° de corriente 115a 199 116 226 183 186
T (°C) 355 355 419 38 41 41
P (MPa) 3,25 3,25 3,20 4,5 1,7 1,70 Caudal (kmol/h) 2060 2060 2060 1525,6 39,2 74,7 Fracciones en mol
H2 0,484 0,484 0,546 1,0 - -
CH4 0,042 0,042 0,042 - - -
N2 0,001 0,001 0,001 - 0,006 0,006
CO2 0,052 0,052 0,114 - - -
CO 0,094 0,093 0,031 - 0,994 0,994
H2O 0,327 0,327 0,265 - - -
Tabla 2
N.° de corriente 115a 189 227 195 209 199 116 T (°C) 357 41 38 260 302 343 427 P (MPa) 3,25 1,70 3,45 3,38 3,90 3,25 3,20 Caudal (kmol/h) 1700 74,7 109,1 183,8 121 2005 2005 Fracciones en mol
H2 0,484 - 1,0 0,594 - 0,465 0,544
CH4 0,042 - - - - 0,036 0,036
N2 0,001 0,006 - 0,002 - 0,001 0,001
CO2 0,052 - - - - 0,044 0,123
CO 0,094 0,994 - 0,404 - 0,116 0,037
H2O 0,327 - - - 1,0 0,338 0,259
Tabla 2 (continuación)
N.° de corriente 226 183 186
T (°C) 38 41 -
P (MPa) 4,5 1,7 -Caudal (kmol/h) 1388 39,2 0
Fracciones en mol
H2 1,0 - -
N2 - 0,006 -
CO - 0,994

Claims (14)

REIVINDICACIONES
1. Un proceso para producir un producto (225) que contiene H2 y un producto que contiene CO (185) con capacidad de regulación de producto que contiene CO, comprendiendo el proceso un modo de funcionamiento primario y un modo de funcionamiento secundario;
donde durante el modo de funcionamiento primario y durante el modo de funcionamiento secundario:
un gas de síntesis crudo (115) se produce en la unidad de producción (100), y el gas de síntesis crudo (115) se retira de la unidad de producción (100);
el gas de síntesis crudo (115) se divide en una primera porción dividida (115a) y una segunda porción dividida (115b);
la primera porción dividida (115a) se pasa a un reactor de conversión (200) como al menos parte de la alimentación del reactor de conversión (200), reacciona en el reactor de conversión para formar un efluente (116) del reactor de conversión, y el efluente (116) del reactor de conversión se retira del reactor de conversión (200); una alimentación de la unidad de adsorción por oscilación de presión que comprende el efluente (116) del reactor de conversión se separa en una unidad (220) de adsorción por oscilación de presión para formar el producto (225) que contiene H2 y un gas (221) de subproducto de la unidad de adsorción por oscilación de presión; simultáneamente con el paso de la primera porción dividida (115a) como alimentación al reactor de conversión (200), la segunda porción dividida (115b) del gas de síntesis crudo (115) se pasa a una unidad (160) de eliminación de CO2, el CO2 se separa de la segunda porción dividida (115b) en la unidad (160) de eliminación de CO2 para formar un gas (161) de síntesis crudo agotado en CO2 y un efluente (165) que contiene CO2;
una alimentación de la unidad de separación criogénica que comprende al menos una porción del gas (161) de síntesis crudo agotado en CO2 se separa en una unidad (180) de separación criogénica para formar al menos el producto que contiene CO (185), una corriente (187) rica en H2 y un subproducto (181) de la unidad de separación criogénica; y
al menos una porción (187a) de la corriente (187) rica en H2 se pasa a la unidad de adsorción por oscilación de presión como parte de la alimentación de la unidad de adsorción por oscilación de presión; y
donde durante el modo de funcionamiento secundario:
una porción (189) o la totalidad del producto que contiene CO (185) se pasa al reactor de conversión (200) como parte de la alimentación del reactor de conversión (200).
2. El proceso tal como se reivindica en la reivindicación 1, donde un gas que contiene H2 se introduce en el reactor de conversión (200) como parte de la alimentación al reactor de conversión (200) durante el modo de funcionamiento secundario.
3. El proceso tal como se reivindica en la reivindicación 2, donde el gas que contiene H2 es al menos una porción (227) del producto (225) que contiene H2 o una porción (187b) de la corriente (187) rica en H2.
4. El proceso tal como se reivindica en la reivindicación 2 o la reivindicación 3, donde el caudal del gas que contiene H2 pasado al reactor de conversión (200) como parte de la alimentación al reactor de conversión (200) durante el modo de funcionamiento secundario se selecciona para mantener una temperatura en el reactor de conversión por debajo de una temperatura máxima diana y/o para mantener una temperatura del efluente (116) del reactor de conversión que deja el reactor de conversión (200) por debajo de una temperatura máxima diana.
5. El proceso tal como se reivindica en la reivindicación en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, donde el vapor adicional (209) se pasa al reactor de conversión (200) como parte de la alimentación al reactor de conversión (200) durante el modo de funcionamiento secundario.
6. El proceso según la reivindicación 5, donde el reactor de conversión contiene un catalizador de conversión basado en hierro, y donde el caudal del vapor adicional (209) pasado al reactor de conversión (200) como parte de la alimentación al reactor de conversión (200) durante el modo de funcionamiento secundario se selecciona para evitar la reducción excesiva del catalizador de conversión basado en hierro.
7. El proceso tal como se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde una porción (183) del producto que contiene CO (185) se pasa a la unidad de producción (100) como alimentación de la unidad de producción (100) durante el modo de funcionamiento secundario.
8. El proceso tal como se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones anteriores que comprende además: separar el gas (161) de síntesis crudo agotado en CO2 de la unidad (160) de eliminación de CO2 en una unidad (170) de adsorción por oscilación de temperatura para formar la alimentación de la unidad (171) de separación criogénica y un gas (175) de subproducto de la unidad de adsorción por oscilación de temperatura.
9. Un aparato para producir un producto (225) que contiene H2 y un producto que contiene CO (185) con capacidad de regulación de producto que contiene CO, comprendiendo el aparato
una unidad de producción (100) para producir un gas de síntesis crudo (115), teniendo la unidad de producción (100) una entrada y una salida;
un reactor de conversión (200) que tiene una entrada y una salida, estando la entrada del reactor de conversión (200) en comunicación de flujo fluido con la salida de la unidad de producción (100);
teniendo una unidad (220) de adsorción por oscilación de presión una entrada, una primera salida, y una segunda salida, estando la entrada de la unidad (220) de adsorción por oscilación de presión en comunicación de flujo fluido con la salida del reactor de conversión (200);
teniendo la unidad (160) de eliminación de CO2 una entrada, una primera salida y una segunda salida, estando la entrada de la unidad (160) de eliminación de CO2 en comunicación de flujo fluido con la salida de la unidad de producción (100);
teniendo una unidad (180) de separación criogénica una entrada, una primera salida, una segunda salida, y una tercera salida, estando la entrada en comunicación de flujo fluido con la salida de la unidad (160) de eliminación de CO2;
una primera línea de transferencia de gas de proceso, donde la entrada del reactor de conversión (200) está en comunicación de flujo fluido con la primera salida de la unidad (180) de separación criogénica a través de la primera línea de transferencia de gas de proceso; y
una segunda línea de transferencia de gas de proceso, donde la entrada de la unidad (220) de la adsorción por oscilación de presión está en comunicación de flujo fluido con la segunda salida de la unidad (180) de separación criogénica a través de la segunda línea de transferencia de gas de proceso.
10. El aparato según la reivindicación 9, que comprende además
una línea de transferencia de gas de proceso para pasar un gas que contiene H2 a la entrada del reactor de conversión (200).
11. El aparato tal como se reivindica en la reivindicación 10, donde la línea de transferencia de gas de proceso para hacer pasar un gas que contiene H2 proporciona una comunicación de flujo fluido entre la primera salida de la unidad (220) de adsorción por oscilación de presión y la entrada del reactor de conversión (200) y/o proporciona una comunicación de flujo fluido entre la segunda salida de la unidad (180) de separación criogénica y la entrada del reactor de conversión (200).
12. El método tal como se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones anteriores 9 a 11 que comprende además
una línea de transferencia de gas de proceso para pasar el vapor adicional (209) a la entrada del reactor de conversión (200).
13. El aparato tal como se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones anteriores 9 a 12,
donde la salida de la unidad de producción está destinada a descargar un gas de síntesis crudo (115) formado en la unidad de producción; donde la entrada del reactor de conversión (200) está dispuesta para recibir una primera porción dividida del gas de síntesis crudo (115) descargado de la salida de la unidad de producción;
donde la entrada de la unidad (220) de adsorción por oscilación de presión se dispone para recibir al menos una porción del efluente del reactor de conversión de la salida del reactor de conversión (200); estando la primera salida de la unidad (220) de adsorción por oscilación de presión destinada a la descarga del producto (225) que contiene H2, y estando la segunda salida de la unidad (220) de adsorción por oscilación de presión destinada a la descarga de un gas (221) de subproducto de la unidad de adsorción por oscilación de presión;
donde la entrada de la unidad (160) de eliminación de CO2 está dispuesta para recibir una segunda porción dividida del gas de síntesis crudo retirado de la salida de la unidad de producción, estando la primera salida de la unidad (160) de eliminación de CO2 destinada a la descarga de un gas (161) de síntesis crudo agotado en CO2, y estando la segunda salida de la unidad de eliminación de CO2 destinada a la descarga de un efluente (165) que contiene CO2; donde la entrada de la unidad (180) de separación criogénica se dispone para recibir al menos una porción del gas (161) de síntesis crudo agotado en CO2 de la salida de la unidad (160) de eliminación de CO2, estando la primera salida de la unidad (180) de separación criogénica destinada a la descarga de un producto que contiene CO (185), y estando la segunda salida de la unidad (180) de separación criogénica destinada a la descarga de una corriente (187) rica en H2;
donde la primera línea de transferencia de gas de proceso está destinada a pasar una porción (189) o la totalidad del producto que contiene CO (185) de la primera salida de la unidad (180) de separación criogénica a la entrada del reactor de conversión (200);
donde la segunda línea de transferencia de gas de proceso está destinada a pasar al menos una porción (187a) de la corriente rica en H2 (187) de la segunda salida de la unidad (180) de separación criogénica a la entrada de la unidad (220) de adsorción por oscilación de presión.
14. El aparato tal como se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones anteriores 9 a 13 que comprende además una unidad (170) de adsorción por oscilación de temperatura que tiene una entrada, una primera salida, y una segunda salida, estando la entrada de la unidad (170) de adsorción por oscilación de temperatura en comunicación de flujo fluido con la salida de la unidad (160) de eliminación de CO2, y estando la entrada de la unidad (180) de separación criogénica en comunicación de flujo fluido con la primera salida de la unidad (170) de adsorción por oscilación de temperatura.
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