MXPA01011573A

MXPA01011573A - Recirculacion de hidrogeno y remocion de gas acido utilizando una membrana.

Info

Publication number: MXPA01011573A
Application number: MXPA01011573A
Authority: MX
Inventors: Paul S Wallace
Original assignee: Texaco Development Corp
Priority date: 1999-05-14
Filing date: 2000-05-12
Publication date: 2002-06-04
Also published as: ATE292090T1; PL357467A1; AR023974A1; NO20015541L; AU778215B2; CZ299724B6; CZ20014059A3; ES2238289T3; EP1181242B1; AU5270400A; NO20015541D0; ZA200110239B; WO2000069774A1; JP2002544113A; DE60019102T2; KR100693949B1; CN1321880C; CN1356960A; PL200229B1; DE60019102D1

Abstract

La presente invencion es un procedimiento para recuperar una corriente de gas hidrogeno de alta pureza, de alta presion de un gas de sintesis; el gas de sintesis se pone en contacto con una membrana que separa el gas de sintesis en un material permeado enriquecido con hidrogeno y un material no permeado ausente de hidrogeno, el material permeado es transportado a un absorbedor de dioxido de carbono; el absorbedor de dioxido de carbono remueve dioxido de carbono utilizando un solvente; el solvente rico en dioxido de carbono del absorbedor es calentado y enviado a un contactor de gas-liquido, en donde el solvente se regenera mediantel eliminacion de nitrogeno; una pequena corriente de recirculacion de gas de regeneracion, es decir, hidrogeno, se pone en contacto posteriormente con el solvente eliminando nitrogeno arrastrado y disuelto del solvente; este gas de eliminacion, el gas de regeneracion, o de preferencia ambos, son entonces mezclados con el material no permeado para combustion en la turbina de combustion.

Description

RECIRCULACION DE HIDROGENO Y REMOCIÓN DE GAS ACIDO UTILIZANDO UNA MEMBRANA ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN La producción de gas de síntesis a partir de combustibles carbonosos sólidos y líquidos, especialmente hulla, coque y alimentación de hidrocarburo líquido, ha sido utilizada durante un período considerable y recientemente se ha sometido a mejoras debido a la incrementada demanda de energía y a la necesidad de utilización limpia de material carbonoso de otra forma de bajo valor. El gas de síntesis se puede producir al calentar combustibles carbonosos con gases reactivos, tales como aire u oxígeno, con frecuencia en presencia de vapor en un reactor de gasificación para obtener el gas de síntesis el cual es retirado del reactor de gasificación. El gas de síntesis también puede ser utilizado para generar energía de otras fuentes de combustible ambientalmente inaceptables, y como una fuente de gas de alimentación para la síntesis de hidrocarburos, compuestos orgánicos que contienen oxígeno o amoníaco. Las mezclas de gas de síntesis comprenden monóxido de carbono, bióxido de carbono e hidrógeno. El hidrógeno es un reactivo comercialmente importante para reacciones de hidrogenación. Otros materiales pequeños, con frecuencia encontrados en el gas de síntesis, incluyen sulfuro de hidrógeno, amoníaco, cianuros, y materiales en ??A.?JL*J t¿á ?*,*& . liMffilf mt i - • -TflTtfMIr " ( - ~ t - , -. . . » . « ifa.asAasKf partículas en forma de carbono y metales pequeños. El grado de los contaminantes en la alimentación, se determina por el tipo de alimentación y el procedimiento de gasificación particular utilizado así como por las condiciones de operación. A medida que el gas producido es descargado del gasificador, normalmente es sometido a una operación de enfriamiento y limpieza que involucra una técnica de depuración en donde el gas es introducido en un depurador y puesto en contacto con una aspersión de agua la cual enfría el gas y remueve material en partículas y constituyentes iónicos del gas de síntesis. El gas inicialmente enfriado puede ser entonces tratado para desulfurar el gas antes de utilización del gas de síntesis. Cuando el producto deseado es hidrógeno, el gas de síntesis del gasificador se procesa ventajosamente mediante desplazamiento de agua, también llamado reformación de vapor utilizando catalizador para formar hidrógeno a partir de monóxido de carbono como se muestra a continuación: H2O + CO => H2 + CO2 El procedimiento de desplazamiento de agua o reformación de vapor, convierte agua y monóxido de carbono en hidrógeno y dióxido de carbono.

El procedimiento de desplazamiento se describe por ejemplo en la Patente de E.U.A. No. 5,472,986, cuya descripción se incorpora la presente como referencia. El gas hidrógeno con frecuencia es utilizado en procedimientos de refinación posteriores, particularmente hidrotratamiento. Para muchas aplicaciones, especialmente para hidrotratar hidrocarburos, el hidrógeno se ^s. ¿,- .¿,fc^«a a ^ .í-a requiere en una pureza más elevada de la disponible en gas de síntesis o incluso, gas de síntesis desplazado por agua, y a presiones entre aproximadamente 70.3 y aproximadamente 210.9 kg/cm2. El gas de síntesis desplazado o no desplazado debe ser por lo tanto purificado para cumplir las especificaciones del producto. Además, el gas purificado puede necesitar ser comprimido posteriormente. Se puede obtener hidrógeno relativamente puro a alta presión a partir de gas síntesis a través del procedimiento de absorción de oscilación de presión. Este método es costoso y requiere desembolso significativo de capital. Lo que se necesita es un método eficiente y rentable para extraer una corriente de hidrógeno de alta presión relativamente pura a partir de gas de síntesis.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente ¡nvención es un procedimiento para recuperar una corriente de gas hidrógeno de alta pureza, de alta presión a partir de gas de síntesis, y recuperar y utilizar de manera eficiente el monóxido de carbono de bajo grado y gas de dióxido que es el subproducto de la purificación de hidrógeno. El gas de síntesis se pone en contacto con una membrana que separa el gas de síntesis en un material permeado enriquecido con hidrógeno y un material no permeado ausente de hidrógeno. El material permeado es transportado a un absorbedor de dióxido de carbono. El absorbedor de dióxido de carbono remueve dióxido de carbono utilizando un solvente. El solvente rico en Z^i...i.? ,íí i .s- ,t i& *t dióxido de carbono del absorbedor es calentado y enviado a un contactor de gas-líquido, en donde el solvente se regenera mediante eliminación de nitrógeno. Una pequeña corriente de recirculación de gas de regeneración, es decir, hidrógeno, se pone en contacto posteriormente con el solvente eliminando nitrógeno arrastrado y disuelto del solvente. Este gas de eliminación, el gas de regeneración, o de preferencia ambos, son entonces mezclados con el material no permeado para combustión en una turbina de combustión.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La figura 1 es un esquema de una modalidad de la invención. La figura 2 es un dibujo más detallado de una modalidad de un eliminador de dióxido de carbono y regenerador de solvente.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Como se utiliza en la presente, el término "gas de síntesis" se refiere a gases que comprenden tanto gas hidrógeno como gas de monóxido de carbono. La relación molar de hidrógeno a monóxido de carbono puede ser, aunque no necesariamente, de aproximadamente uno a uno. Con frecuencia, existen algunos inertes en el gas de síntesis, particularmente nitrógeno y dióxido de carbono. Con frecuencia existen otros contaminantes presentes, tales como sulfuro de hidrógeno y COS. ^&g|j i -, í y- fe w WsiLii'tóK t Como se utiliza en la presente, el óxido de carbono es un gas que está conformado por monóxido de carbono, dióxido de carbono, o ambos, y puede contener otros gases, particularmente nitrógeno e hidrógeno. • Como se utiliza en la presente, el hidrógeno de alta pureza es un 5 gas que contiene por lo menos aproximadamente 90 por ciento molar de hidrógeno, y preferiblemente menos de aproximadamente 4 por ciento molar de óxidos de carbono. El gas de síntesis se prepara al quemar parcialmente un combustible hidrocarbonoso y oxígeno en un reactor, con frecuencia en presencia 10 de vapor, en proporciones que producen una mezcla que contiene monóxido de carbono e hidrógeno en el reactor. El término "hidrocarbonoso" como se utiliza en la presente para describir diferentes materiales de abastecimiento adecuados, pretende incluir materiales gaseosos, líquidos e hidrocarburos sólidos, carbonosos y mezclas de los mismos. De hecho, se puede incluir 15 sustancialmente cualquier material orgánico que contiene carbón combustible, o suspensiones del mismo, dentro de la definición del término "hidrocarbonoso". El gas de síntesis se puede fabricar a través de cualquier método de gasificación. Los combustibles hidrocarbonosos se hacen reaccionar con oxígeno sustancialmente puro que tiene más de aproximadamente 90 por ciento molar de 20 oxígeno, o aire enriquecido con oxígeno que tenga más de aproximadamente 50 por ciento molar de oxígeno. De preferencia, el procedimiento de gasificación utiliza oxígeno sustancialmente puro con más de aproximadamente 95 por ciento molar de oxígeno. Los procedimientos de gasificación se conocen en la técnica.

Véase, por ejemplo, la patente de E.U.A. 4,099,382 y patente de E.U.A. 4,178,758, cuyas descripciones se incorporan en la presente como referencia. En el reactor de gasificación, el combustible hidrocarbonoso se • pone en contacto con un gas libre de oxígeno, opcionalmente en presencia de un 5 moderador de temperatura, y se fabrica el gas de síntesis. En la zona de reacción, el contenido normalmente alcanzará temperaturas en la escala de aproximadamente 900°C a 1700°C, y normalmente en la escala de aproximadamente 1100°C a aproximadamente 1500°C. La presión, típicamente estará en la escala de aproximadamente 1 a aproximadamente 250 atmósferas, y 10 normalmente en la escala de aproximadamente 15 a aproximadamente 150 • atmósferas, e incluso particularmente en la escala de aproximadamente 35.15 a aproximadamente 140.6 kg/cm2. El gas de síntesis es enfriado y depurado de contaminantes, de preferencia, con recuperación de energía tal como mediante elevación de vapor 15 y/o supercalientamiento de vapor. Pueden seguir recuperaciones de calor de grado inferior. Puede haber otros pasos de tratamiento de gas convencional, tal como remoción de vapor y cuando sea adecuado, de ajuste de composición. Si el producto que se desea es gas hidrógeno, puede ser conveniente someter el gas de síntesis a reformación de vapor para incrementar 20 el rendimiento relativo de gas hidrógeno. El procedimiento de reformación de vapor, también llamado desplazamiento, se describe por ejemplo en la patente de E.U.A. No. 5,472,986, cuya descripción se incorpora a la presente como referencia. Una reacción de desplazamiento preferida es un desplazamiento JUtA i jj ajlL a. ácido, en donde casi no hay metano y la reacción de desplazamiento es exotérmica. La reformación de vapor es un procedimiento para añadir agua, o utilizar agua contenida en el gas y hacer reaccionar la mezcla de gas resultante 5 adiabáticamente sobre un catalizador para reformación de vapor. El propósito principal de reformación de vapor es incrementar la cantidad de hidrógeno en la mezcla de gas. El gas de síntesis normalmente contiene sulfuro de hidrógeno (H2S) y COS formado a partir de azufre en la alimentación hacia al gasificador. El COS es cambiado en el reformador de vapor siguiendo la misma trayectoria de 10 reacción que el monóxido de carbono para formar sulfuro de hidrógeno y dióxido : de carbono. Los reactores de desplazamiento de baja temperatura tienen temperaturas de gas en la escala de aproximadamente 150° a 300°C, normalmente entre aproximadamente 200° a 250°C. Los catalizadores de 15 desplazamiento de baja temperatura son típicamente óxido de cobre que pueden ser soportados sobre óxido de zinc y alúmina. El desplazamiento de vapor con frecuencia va acompañado por utilización de calor eficiente utilizando, por ejemplo intercambiadores de calor de producto/reactivo o generadores de vapor. Dichos reactores de desplazamiento se conocen en la técnica. 20 La composición de gas de síntesis de una reacción de gasificación es normalmente gas hidrógeno de 25 a 45 por ciento molar, gas de monóxido de carbono de 40 a 50 por ciento molar, gas de bióxido de carbono de 10 a 35 por ciento molar y contaminantes pequeños. En un gas de síntesis reformado de vapor, una composición típica es gas hidrógeno de 35 a 65 por ciento molar, gas de monóxido de carbono de 10 a 20 por ciento molar, gas de dióxido de carbono de 30 a 60 por ciento molar, y contaminantes pequeños. Estas escalas no son absolutas, sino más bien cambian con el combustible gasificado así como con parámetros de gasificación. Se puede utilizar un eliminador de gas ácido para reducir la concentración de sulfuro de hidrógeno en la corriente gas. Dichos eliminadores de gas ácido son similares al absorbedor de dióxido de carbono aquí descrito. Normalmente, un eliminador de gas ácido será diseñado para remover niveles pequeños de sulfuro de hidrógeno, y no afectará de manera significativa la concentración de dióxido de carbono del gas. El sulfuro de hidrógeno de la unidad de remoción de gas ácido es normalmente enrutado hacia una corriente de gas ácido, la cual es enviada a un procedimiento de recuperación de azufre. El gas de síntesis enfriado y parcialmente procesado, en la línea (10) del dibujo, es entonces procesado para proveer una corriente de gas rica en hidrógeno y una corriente de gas rica en carbono/dióxido. Otras impurezas en el gas generalmente siguen la corriente de gas rica en monóxido/d ¡óxido de carbono. El gas de síntesis es provisto a una temperatura entre aproximadamente 10°C y aproximadamente 100°C, normalmente en la escala de 30°C a 50°C. El gas de síntesis se pasa a lo largo de una membrana a alta presión, normalmente entre cerca de 35.15 y aproximadamente 140.6 kg/cm2, típicamente entre alrededor de 56.24 y aproximadamente 84.36 kg/cm2. El uso de -^J Jl uí 1 &•-*„ ¡ un sistema de membrana es el método preferido para realizar la separación. Este gas de síntesis es puesto en contacto con una membrana (12), dicha membrana de un material y construcción que permiten que moléculas pequeñas como hidrógeno pasen (se infiltren) de preferencia, mientras que las moléculas más grandes (tales como monóxido de carbono y dióxido de carbono, colectivamente) de preferencia no se infiltren. Las membranas son una alternativa rentable por ejemplo, para una unidad de absorción de oscilación de presión. Las membranas reducen normalmente la presión del hidrógeno producido, de modo que éste tiene que ser comprimido antes de uso. Sin embargo, la presión del material no permeado es suficientemente alta para permitir uso en una turbina de combustión sin compresión adicional. El gas de descarga de una unidad de absorción de oscilación de presión es provisto casi a presión atmosférica, y la utilización posterior para cualquier aplicación diferente a combustible de caldera requiere compresión. El uso de este gas para combustible de caldera no se prefiere por razones económicas. La membrana puede ser de cualquier tipo el cual sea de preferencia para filtración de gas hidrógeno sobre dióxido de carbono y monóxido de carbono. En la técnica se conocen muchos tipos de materiales de membrana los cuales son altamente preferidos para difusión de hidrógeno en comparación con nitrógeno. Dichos materiales de membrana incluyen aquellos compuestos de goma de silicón, goma de butilo, policarbonato, óxido de poli(fenileno), nylon 6.6, poliestirenos, polisulfonas, poliamidas, poliimidas, poliéteres, óxido de poliarileno, poliuretanos, poliésteres y similares. Las unidades de membrana pueden ser de cualquier construcción convencional, y se prefiere una construcción de tipo fibra hueca. f El gas de síntesis pasa a lo largo de una membrana a alta presión, 5 normalmente entre cerca de 35.15 y aproximadamente 140.6 kg/cm2, típicamente entre cerca de 56.24 y aproximadamente 84.36 kg/cm2. Un gas rico en hidrógeno se infiltra a través de la membrana. El material permeado experimenta una disminución sustancial de presión de entre aproximadamente 21.9 a 49.21 kg/cm2 a medida que pasa a través de la membrana. El material permeado ésta f 10 típicamente en la escala de aproximadamente 14.06 y 105.45 kg/cm2, normalmente entre cerca de 28.12 y 49.21 kg/cm2. El gas rico en hidrógeno se utiliza en procedimientos posteriores, particularmente hidrotratamiento. Para muchas aplicaciones, especialmente para hidrotratar hidrocarburos, se requiere el hidrógeno a una pureza mayor y a 15 presiones de entre aproximadamente 70.3 y aproximadamente 210.9 kg/cm2. El gas de síntesis desplazado normalmente debe ser comprimido y purificado para fc cumplir las especificaciones del producto. Un gas permeado enriquecido con hidrógeno que contiene entre aproximadamente 30 y 90, normalmente aproximadamente 80 por ciento molar 20 de hidrógeno y entre aproximadamente 4 y aproximadamente 7, normalmente cerca de 20 por ciento molar total de monóxido de carbono y dióxido de carbono, se infiltra a través de la membrana. El material permeado experimenta una disminución sustancial de presión de entre aproximadamente 21.9 a 49.21 t^ ^^^g^^^^^M kg/cm2, normalmente 35.15 a 49.21 kg/cm2, a medida que pasa a través de la membrana. El material permeado rico en hidrógeno se comprime de manera • ventajosa entre aproximadamente 56.24 y 140.6 kg/cm2 para uso en operaciones 5 posteriores, es decir, para uso en hidrotratamiento de petróleo bruto. La energía para compresión se puede obtener mediante la expansión parcial del material no permeado. El material no permeado se quema de manera ventajosa en una turbina de combustión (22) para generar energía. Las turbinas de combustión operan con presión de alimentación de entre aproximadamente 14.06 y 35.15 f 10 kg/cm2. La corriente de gas no permeado de la membrana, en la línea (14) del dibujo contiene dióxido de carbono, monóxido de carbono y algo de hidrógeno. Este gas no permeado está a alta presión. La presión del material no permeado virtualmente no se ve afectada por la membrana. Aunque este gas no 15 permeado se puede quemar en calderas u otros procedimientos generadores de calor, este gas se quema de manera ventajosa en una turbina combustión para • generar energía. La presión de gas no permeado se reduce de manera ventajosa de aproximadamente 56.24 y aproximadamente 112.48 kg/cm2 a aproximadamente 20 14.06 y aproximadamente 35.15 kg/cm2 para uso en una turbina de combustión (22) al expandir el gas en un expansor (16). El gas no permeado se expande de manera ventajosa en una manera para proveer energía, ilustrado en el dibujo con la línea (18). Dicha energía se puede utilizar de manera ventajosa para comprimir el gas permeado. La energía generada por el expansor de material no permeado se puede utilizar para comprimir el hidrógeno ya sea directa o indirectamente. El método directo acopla al expansor al compresor, de modo que el expansor acciona el compresor. Si se requiere energía indirecta, se puede generar 5 electricidad mediante el expansor el cual puede accionar el compresor. Se prefiere que un expansor esté directamente acoplado con un compresor. El expansor/compresor tiene un expansor en el cual el material no permeado se expande, el cual acciona directamente un compresor que comprime el material permeado. No se requiere motor. El compresor y expansores pueden ^ 10 ser turbina, pistones o cualquier otro diseño conocido en la técnica. En cualquier caso, el rendimiento de masa a través del compresor y expansor debe equilibrar las relaciones de presión de comprensión y expansión. Para un compresor de turbina/expansor de turbina, cualquier cambio en flujo de masa no debe exceder el diseño del pivote de la turbina de gas. Bajo 15 diseños típicos, puede haber un máximo de 10% de variación en flujo de masa relativa a través del lado del expansor que el flujo a través del lado del f compresor. Al mismo tiempo, se reconoce que las velocidades de flujo requeridas pueden variar por un factor de más de diez, es decir, de aproximadamente 280,000 a aproximadamente 11 ,200,000 m3 estándar por día para una instalación 20 típica. No obstante, se entiende la relación entre proporciones de rendimiento y compresión. Por lo tanto, está dentro de la capacidad del experto en la técnica, con el beneficio de esta descripción, dimensionar un sistema expansor/compresor. j^> A £*m El material no permeado expandido es entonces transportado a través de la línea (20) hacia la turbina de combustión (22), en donde es quemado, dando una descarga (62) y energía, ¡lustrado en el dibujo con la línea (24). • El material permeado rico en hidrógeno se puede someter de 5 manera conveniente a reformación de vapor para incrementar el rendimiento relativo de gas hidrógeno. El procedimiento de reformación de vapor ha sido previamente descrito. La reformación de vapor reducirá el contenido de monóxido de carbono del material permeado, mientras incrementa la concentración de hidrógeno y dióxido de carbono del material permeado. 10 El material permeado en la línea (30) puede contener entre ; ' aproximadamente 4 a 70% molar de óxidos de carbono. Si el material permeado ha sido reformado de vapor, la mayor parte de estos óxidos de carbono estarán en forma de dióxido de carbono. Este dióxido de carbono, así como el monóxido de carbono y en un menor grado otros contaminantes, se deben reducir en el 15 material permeado rico en hidrógeno. El material permeado es transportado a través de la línea (30) a un f absorbedor de dióxido de carbono (32). El absorbedor de dióxido de carbono es un contactor de gas-líquido que remueve dióxido de carbono, y en un menor grado, monóxido de carbono, nitrógeno e hidrógeno al poner en contacto el gas 20 con un solvente provisto por la línea (34). Como se utiliza en la presente, el término "solvente" es cualquier líquido que de preferencia remueve dióxido de carbono, a diferencia de hidrógeno, a partir de una corriente de gas que comprende tanto dióxido de carbono como hidrógeno. El absorbedor de dióxido de carbono remueve de manera conveniente monóxido de carbono y dióxido de carbono al poner en contacto el gas con una amina o un solvente físico. • Normalmente, el contactor de gas-líquido para remoción de gas 5 ácido opera por debajo de aproximadamente 100°C, de preferencia por debajo de aproximadamente 70°C, preferiblemente por debajo de aproximadamente 40°C. El material permeado y el solvente son enfriados según sea necesario, de preferencia, utilizando el calor a través de un intercambiador de calor con otro fluido. f 10 En el paso de remoción de dióxido de carbono, se pueden utilizar los solventes llamados "químicos", tales como etanolaminas o carbonato de potasio, especialmente en los procedimientos establecidos tales como "AMINE GUARD", "BENFIELD", "BENFIELD-DEA", "VETROCOKE" y "CATACARB". Como ejemplos de solventes físicos se pueden mencionar: 15 tetrametiisulfona ("SULFINOL"); carbonato de propileno (FLUOR); N-metil-2- pirrolidona ("PURISOL"); éter polietilenglicoldimetílico ("SELEXOL"); metanol f ("RECTISOL"), y agua. Se puede utilizar agua, especialmente si existe control de pH del agua. Un método es un sistema de agua a base de carbonato en donde 20 los carbonatos, tales como carbonato de potasio en el agua disminuye el pH. Esta agua con bajo pH absorbe dióxido de carbono para formar sales de bicarbonato. Posteriormente, al calentar esta agua se libera dióxido de carbono y se regenera el carbonato de potasio.

Se pueden utilizar solventes de amina convencionales, tales como MDEA, para remover el sulfuro de hidrógeno. Los fluidos pueden ser solventes, tales como alcoholes monohídricos inferiores, como metanol, o alcoholes polihídricos tales como etilenglicol y similares. El fluido puede contener una 5 amina tal como dietanolamina, metanol, N-metil-pirrolidona, o un éter dimetílico de polietilenglicol. Se prefieren los solventes físicos debido a que operan mejor a alta presión. El gas permeado es puesto en contacto con el solvente en un contactor de gas-líquido, llamado en la presente, un absorbedor de dióxido de f 10 carbono. Dicho contactor puede ser de cualquier tipo conocido en la técnica, 5 incluyendo sin límite a charolas (64) o una columna empacada. El fluido es típicamente a contracorriente. La cantidad de rendimiento de solvente dependerá, entre otras cosas, del número de placas teóricas en el contactor, el tipo de solvente utilizado, el rendimiento de gas, y la presión y temperatura en el 15 contactor. La operación de dicho contactor de remoción de ácido está, con el beneficio de esta descripción, dentro de la capacidad del experto en la técnica. f El solvente de dióxido de carbono cargado de óxidos de carbono es removido del contactor de remoción de gas ácido a través de la línea (38) y calentado en el calentador (50). El solvente es calentado a más de 20 aproximadamente 70°C, de preferencia a más de aproximadamente 90°C, preferiblemente a más de aproximadamente 110°C. El solvente calentado rico en dióxido de carbono del absorbedor es entonces enviado a través de la línea (52) a una unidad de recuperación de i. i 7».á .¿.-i te.:, . - ¡ &>» dióxido de carbono (40), en donde el dióxido de carbono y otros gases son removidos del solvente mediante eliminación de gas inerte. Por gas inerte se refiere un gas que no permanece de preferencia • en el solvente, es decir, gas que no es dióxido de carbono ni un gas que 5 reacciona de manera similar a dióxido de carbono con el solvente. Este puede ser cualquiera de una variedad de gases. Debido a la disponibilidad de metano y/o nitrógeno en un procedimiento de gasificación, se prefieren estos gases. El nitrógeno es un subproducto de gasificación, debido a que se produce aire enriquecido de hidrógeno y oxígeno sustancialmente puro a partir de plantas de f 10 separación de aire. Dichas plantas se conocen en la industria y están comercialmente disponibles'. El nitrógeno es convenientemente suministrado a través de la línea (42) mediante la planta de separación de aire que genera oxígeno sustancialmente puro para gasificación. Los óxidos de carbono, más hidrógeno disuelto, son entonces 15 eliminados del solvente de dióxido de carbono utilizando nitrógeno. Se prefiere que la eliminación se realice en un contactor de gas-líquido, llamado en la f presente, un regenerador de solvente de dióxido de carbono. Dicho contactor puede ser de cualquier tipo conocido en la técnica, incluyendo sin límite a charolas (64) o una columna empacada. La operación de dicho contactor se 20 conoce en la técnica. La cantidad de nitrógeno utilizado dependerá del número de placas teóricas en el contactor, el tipo de solvente utilizado, el rendimiento del solvente y la presión y temperatura. La operación de dicho contactor está, con el beneficio de esta descripción, dentro de la capacidad del experto en la técnica. ít gAS^i^¡?tf ^^j|g ^^ ^*tó^^ La eliminación de preferencia se realiza a una presión igual o mayor a la presión del combustible de turbina de combustión, es decir, por lo menos aproximadamente 7.03 kg/cm2, normalmente 14.06 a 35.13 kg/cm2. La corriente • de gas hidrógeno - óxidos de carbono - nitrógeno se transporta de manera 5 conveniente a través de la línea (46) hacia la turbina de combustión (22), en donde es mezclada con el material no permeado. Esta corriente de gas hidrógeno - óxidos de carbono - nitrógeno provee energía a la turbina de combustión y modera la temperatura dentro de la turbina. La presencia del gas diluyente de nitrógeno - dióxido de carbono - hidrógeno en la turbina de combustión que será f 10 utilizada como gas diluyente, reduce emisiones de óxidos de nitrógeno (NOX) en escape ventilado (62) e incrementa salida de energía (24). La cantidad de gas de eliminación, es decir, nitrógeno, necesaria para recuperar los óxidos de carbono del solvente dependerá del tipo de solvente, la presión, la temperatura y el número de placas teóricas en el contactor 15 de gas-líquido. Normalmente, la cantidad de gas de eliminación es 0.5 a 20 veces el volumen de solvente en la temperatura y presión de eliminador, pero la escala varía ampliamente. Por ejemplo, la relación de volumen óptimo es de aproximadamente 3:1 con un solvente y 10:1 con otro. El ajuste de las velocidades de flujo está dentro de la capacidad del experto en la técnica, dado el 20 beneficio de esta descripción. Se deben evitar los grandes excesos de nitrógeno, a medida que el gas eliminado/permeado combinado se puede volver no inflamable si se añade demasiado nitrógeno. i-j*. -; £ -£*& *» *— tfa * El solvente contiene nitrógeno residual. Es importante minimizar el nitrógeno en el solvente reciclado, ya que este solvente se enfría y recicla eventualmente hacia el contactor de gas ácido. Dicho nitrógeno se transferirá al f material permeado en el absorbedor de dióxido de carbono. Aunque esto no 5 representa problemas si se utilizara hidrógeno para generar amoníaco, el nitrógeno puede ser problemático en otros procedimientos. Por ejemplo, se puede convertir en amoníaco no deseado en unidades de hidroprocesamiento. Por lo tanto, el solvente es regenerado de manera conveniente al remover la mayoría del nitrógeno en el solvente antes de reciclar el solvente. El 10 nitrógeno puede ser removido del solvente al exponer el solvente a presión baja, casi atmosférica. De manera alternativa, el nitrógeno puede ser eliminado del solvente utilizando una pequeña corriente lateral de hidrógeno. El nitrógeno puede ser eliminado del solvente en el mismo contactor de gas-líquido en donde se elimina dióxido de carbono con nitrógeno, al inyectar 15 el hidrógeno en la línea (44) hacia abajo, esto es, corriente abajo de la boquilla de inyección de nitrógeno. Esto será efectivo solamente si existe contacto suficiente, áfc al menos equivalente a aproximadamente 3 ó 4 placas teóricas, entre el inyector de hidrógeno (44) y el inyector de nitrógeno (42). Una pequeña corriente del hidrógeno se inyecta a través de solvente y sale a borbotones, eventualmente 20 mezclándose con el nitrógeno y proveyendo una remoción más completa de dióxido de carbono. Este gas rico en hidrógeno se inyecta de manera conveniente en el eliminador de dióxido de carbono.

La inyección de H2 ayuda a desplazar nitrógeno que está saturado en el solvente, y esencialmente elimina la mayor parte del nitrógeno del solvente. Las ventajas son que el hidrógeno ayudará a desplazar nitrógeno del solvente, el • hidrógeno elimina la mayor parte del nitrógeno del solvente, este hidrógeno se 5 mezcla con el gas eliminado para uso en la turbina de combustión y finalmente, que este hidrógeno reduce la cantidad de nitrógeno requerido para remover una cantidad determinada de dióxido de carbono del solvente. La corriente de hidrógeno también se puede poner en contacto de manera ventajosa con el solvente cargado de nitrógeno en un contactor separado 10 de gas-líquido. Este contactor puede proveer más placas teóricas si el contactor regenerador de solvente es de tamaño limitado. Este gas eliminador se puede mezclar con la corriente de nitrógeno - óxidos de carbono - gas hidrógeno del contactor regenerador de solvente, y enrutarse hacia la turbina de combustión. Este gas también se puede mezclar con el gas eliminado y el material no 15 permeado. La cantidad de hidrógeno, o gas rico en hidrógeno que contiene por lo menos 60%, de preferencia por lo menos 90% de gas hidrógeno necesario, dependerá del tipo de solvente, la presión, la temperatura y el número de placas teóricas en el contactor de gas-líquido. Normalmente, la cantidad de gas de 20 regeneración es 0.5 a 10 veces el volumen del solvente en la temperatura y presión de eliminador, pero la escala varía ampliamente con el tipo de solvente, presión, temperatura, diseño y operación del contactor. El ajuste de las velocidades de flujo está dentro de la capacidad del experto en la técnica, dado el beneficio de esta descripción. Se deben evitar grandes excesos de hidrógeno, ya que el hidrógeno es un producto valioso. El hidrógeno elimina nitrógeno que está disuelto y/o arrastrado en el • solvente, regenerando así el solvente. Este gas hidrógeno-nitrógeno de esta 5 eliminación secundaria se mezcla de manera conveniente con el gas de nitrógeno - dióxido de carbono de la primer eliminación. La corriente de gas resultante es enrutada hacia la turbina de combustión (22) a través de la línea (46) en donde es mezclada con material no permeado y quemado/expandido en la turbina de combustión. 10 De manera ventajosa, la eliminación se realiza a una presión tal que esta corriente no necesita ser comprimida para ser utilizada como combustible de turbina de combustión. La presencia del gas diluyente de nitrógeno - dióxido de carbono - hidrógeno, además del material no permeado, en la turbina de combustión actúa como gas diluyente, reduciendo emisiones de óxidos de 15 nitrógeno (NOx) e incrementando salida de energía. Debido a que el nitrógeno en el solvente que deja el contactor regenerador del solvente tiene poco valor, otro método para eliminar el nitrógeno de solvente es primeramente disminuir la presión a menos de aproximadamente 7.03 kg/cm2, de preferencia menos de aproximadamente 3.515 kg/cm2, 20 preferiblemente menos de aproximadamente 1.406 kg/cm2. El solvente puede estar expuesto a presión atmosférica o en algunos casos, a un vacío de hasta 0.3515 kg/cm2 absolutos. El gas que se genera es separado, tratado según sea necesario, y ventilado. Puede ser conveniente pasar el solvente a través de un contactor de gas-líquido, en donde una pequeña corriente de hidrógeno remueve nitrógeno residual. Nuevamente, se prefiere que este contactor de gas-líquido sea operado a una presión igual o mayor a la presión de alimentación de la turbina de combustión, de modo que este gas eliminador se pueda mezclar con el gas de combustible no permeado. El solvente es entonces enfriado según sea necesario y reciclado hacia el contactor de remoción de gas ácido. El solvente es entonces transportado a través de la línea (54) a una bomba (56), en donde se incrementa la presión, de modo que el solvente puede ser nuevamente inyectado al |) absorbedor de dióxido de carbono (32). El solvente es transportado de manera conveniente a través de la línea (58) a un enfriador (60) y luego al absorbedor de dióxido de carbono a través de la línea (34). Puede ser conveniente enfriar el solvente antes de bombeo. Dichos cambios en diseño son adecuados dentro de la capacidad del experto en la técnica. 5 La eliminación de hidrógeno del solvente reduce la cantidad de nitrógeno en el hidrógeno permeado, debido a que el solvente no está saturado con nitrógeno y por lo tanto, puede absorber nitrógeno presente en el material permeado. La fuente de gas regenerador de solvente rico en hidrógeno es de manera ventajosa una corriente lateral (44) de la corriente de gas permeado de producto (36). Este gas puede ser de la corriente permeada, ya sea corriente arriba o corriente abajo del contactor de remoción de gas ácido. Si el hidrógeno es del material permeado antes del contactor de remoción de gas ácido, entonces el monóxido de carbono y dióxido de carbono arrastrado ingresarán al solvente en este punto. Debido a que el tamaño del hidrógeno de corriente lateral utilizado para eliminar nitrógeno es pequeño, el solvente tendrá amplia capacidad para absorber dióxido de carbono de gas permeado en el contactor de remoción de gas ácido. Sin embargo, para muchos solventes, la capacidad para absorber monóxido de carbono, como la capacidad para absorber nitrógeno, está limitada, y la adición de monóxido de carbono durante la regeneración puede reducir significativamente la capacidad del solvente para remover monóxido de carbono de gas. La corriente de gas permeado puede ser entonces enrutada a un aparato de metanado para convertir óxidos de carbono residuales y una pequeña cantidad de hidrógeno en metano. Esto solamente es necesario si la presencia de pequeñas cantidades de óxidos de carbono interfieren con el uso posterior del gas permeado rico en hidrógeno. Las reacciones de metanado combinan hidrógeno con óxidos de carbono residuales para formar metano y agua. Estas reacciones son fuertemente exotérmicas. El catalizador es normalmente níquel soportado sobre una sustancia refractaria, tal como alúmina. Este paso de metanado reduce los óxidos de carbono para disminuir aproximadamente a 20 ppm, de preferencia menos de aproximadamente 5 ppm. Dichos reactores de metanado se conocen en la técnica. El hidrógeno producido de alta pureza se enfría y enruta hacia unidades corriente abajo para uso. La compresión del gas permeado rico en hidrógeno puede ser en cualquier punto de este procedimiento. Está dentro de la capacidad del experto en la técnica, dado el beneficio de esta Í? ^i. descripción, optimizar cuándo el gas permeado es mejor comprimido. Se sabe que algunos solventes trabajan mejor a presiones más altas, y algunos son más efectivos en presiones inferiores. f La separación de hidrógeno de alta pureza de utilizar remoción de 5 C02 y membranas con eliminación de hidrógeno es tecnología útil. La pureza de hidrógeno incrementada es una ventaja técnica en usos posteriores. Capturar la máxima cantidad de diluyente de C02 y N2 para uso en las turbinas de combustión, incrementa la eficiencia y mejora el desempeño ambiental de la tecnología. •

Claims

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN REIVINDICACIONES 5 1.- Un procedimiento para recuperar dióxido de carbono de alta presión de un gas, caracterizado porque comprende: a) proveer un gas que contiene dióxido de carbono a alta presión; b) proveer un solvente líquido, dicho solvente siendo capaz de absorber el dióxido de carbono presente en el gas; c) poner en contacto el gas que contiene dióxido de carbono de alta presión con el 10 solvente líquido en un contactor de gas-líquido bajo alta presión; d) separar el solvente cargado de dióxido de carbono del gas ausente del dióxido de carbono; ; e) calentar el solvente cargado de dióxido de carbono; f) poner en contacto el solvente cargado de dióxido de carbono calentado con un gas eliminador inerte, en donde el gas eliminador está a una presión mayor aproximadamente 7.03 15 kg/cm2, dicha puesta en contacto bajo condiciones para que el gas eliminador elimine dióxido de carbono del solvente; y g) separar el gas eliminador que comprende el dióxido de carbono del solvente calentado. 2.- El procedimiento de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el gas que contiene dióxido de carbono está a una 20 presión de entre aproximadamente 14.06 kg/cm2 y aproximadamente 105.45 kg/cm2 absolutos. 3.- El procedimiento de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el gas que contiene dióxido de carbono comprende ¿¿¿¿^^^¿¿^^^^^^¿¿^¿^^^^¡^¿^^^^«ii ^j^g^aj^ hidrógeno, dióxido de carbono y monóxido de carbono, y en donde la suma del dióxido de carbono y monóxido de carbono totaliza entre aproximadamente 4 a aproximadamente 70 por ciento molar. 4.- El procedimiento de conformidad con la reivindicación 1 , 5 caracterizado además porque el solvente líquido comprende etanolaminas o carbonato de potasio. 5.- El procedimiento de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque comprende uno o más de la lista que consta de tetrametiisulfona, carbonato de propileno, N-metil-2-pirrolidona, éter f 10 polietilenglicolmetílico, metanol, etilenglicol, dietalonamina o agua. 6.- El procedimiento de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el solvente líquido se calienta a una temperatura de por lo menos aproximadamente 70°C. 7.- El procedimiento de conformidad con la reivindicación 1 , 15 caracterizado además porque el solvente líquido se calienta a una temperatura de por lo menos aproximadamente 90°C. f 8.- El procedimiento de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el gas inerte es nitrógeno. 9.- El procedimiento de conformidad con la reivindicación 1 , 20 caracterizado además porque el gas inerte es entre aproximadamente 0.5 a aproximadamente 20 veces el volumen del solvente calentado en la presión y temperatura en donde el gas inerte hace contacto con el solvente calentado. 10.- El procedimiento de conformidad con la reivindicación 1, que comprende además remover el gas inerte del solvente calentado al poner en contacto el solvente calentado con un gas que comprende por lo menos • aproximadamente 60% molar de gas hidrógeno. 5 11.- El procedimiento de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado además porque el gas que comprende por lo menos 60% molar de hidrógeno es entre aproximadamente 0.5 a aproximadamente 10 veces el volumen del solvente calentado en la presión y temperatura en donde el gas hace contacto con el solvente calentado 10 12.- El procedimiento de conformidad con la reivindicación 1, que comprende además remover el gas inerte del solvente al exponer al solvente a una presión inferior aproximadamente 3.515 kg/cm2, y separar cualquier gas instantáneo del líquido. 13.- El procedimiento de conformidad con la reivindicación 12, 15 caracterizado además porque la presión es inferior a aproximadamente 1.406 kg/cm2. 14.- El procedimiento de conformidad con la reivindicación 12, que comprende además poner en contacto el solvente calentado con un gas que comprende por lo menos aproximadamente 60 por ciento molar de gas hidrógeno 20 después de separar gas instantáneo. 15.- Un procedimiento para recuperar gas de dióxido de carbono a alta presión, caracterizado porque comprende: a) proveer un gas de síntesis a una temperatura entre aproximadamente 10°C y aproximadamente 100°C y a ^s^j^^ jjj»»^^^^^1^¿J^i^^!^í^^^ßá^¡S^lßjjL^^^^^^^^^^^^;^^^^^*^^^^^^^^^^^^^^^^ ^* una presión entre aproximadamente 35.15 y aproximadamente 140.6 kg/cm2, dicho gas de síntesis comprende hidrógeno, dióxido de carbono y monóxido de carbono; b) poner en contacto el gas con una membrana, dicha membrana de un f material y construcción que permita que pequeñas moléculas se infiltren de 5 preferencia, mientras el monóxido de carbono y dióxido de carbono no se infiltran de preferencia, separando así el gas de síntesis en un material permeado enriquecido con hidrógeno y un material no permeado ausente de hidrógeno; c) poner en contacto el material permeado enriquecido con hidrógeno con un solvente líquido, dicho solvente siendo capaz de absorber dióxido de carbono f 10 presente en el gas bajo condiciones para que por lo menos aproximadamente 90% en peso de la cantidad total de monóxido de carbono y dióxido de carbono originalmente presente en el material permeado esté contenida en el solvente; d) separar el solvente que contiene dióxido de carbono del gas; e) calentar el solvente; f) poner en contacto el solvente que contiene dióxido de carbono 15 calentado con un gas de eliminación, en donde el gas de eliminación está a una presión superior aproximadamente 7.03 kg/cm2, dicha puesta en contacto bajo f condiciones para que el gas de eliminación elimine monóxido de carbono y dióxido de carbono del solvente, y g) separar el gas de eliminación del solvente calentado, donde el gas de eliminación comprende el dióxido de carbono. 20 16.- El procedimiento de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado además porque el gas de eliminación comprende nitrógeno, metano o una mezcla de los mismos. Itl ÍJ¡ a. . i i**7¡&?.í t ?útAirt*. 17.- El procedimiento de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado además porque el gas de eliminación comprende nitrógeno. 18.- El procedimiento de conformidad con la reivindicación 15, • caracterizado además porque uno o más de un grupo que consta de goma de 5 silicón, goma de butilo, policarbonato, óxido de poli(fenileno), nylon 6,6, poliestireno, polisulfonas, poliamidas, poliimidas, poliésteres, óxidos de poliarileno, poliuretanos y esteres. 19.- El procedimiento de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado además porque el material permeado contiene entre f 10 aproximadamente 50 y aproximadamente 90% molar de gas hidrogeno. 20.- El procedimiento de conformidad con la reivindicación 15, ., caracterizado además porque el gas de síntesis está a una temperatura entre aproximadamente 30°C a aproximadamente 50° C y a una presión de entre aproximadamente 56.24 kg/cm2 y aproximadamente 140.6 kg/cm2. 15 21.- El procedimiento de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado además porque el gas permeado está a una presión entre f aproximadamente 7.03 kg/cm2 y aproximadamente 63.27 kg/cm2. 22.- El procedimiento de conformidad con la reivindicación 15, que comprende además reformar con vapor el material permeado antes de poner en 20 contacto el material permeado con el solvente líquido. 23.- El procedimiento de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado además porque el solvente líquido comprende etanolaminas o carbonato de potasio. 24.- El procedimiento de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado además porque el solvente líquido comprende uno o más de tetrametiisulfona, carbonato de propileno, N-metil-2-pirrolidona, éter • polietilenglicoldimetílico, metanol, etilenglicol, dietanolamina, y agua. 5 25.- El procedimiento de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado además porque el solvente se calienta a una temperatura de por lo menos aproximadamente 70°C. 26.- El procedimiento de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado además porque el solvente líquido se calienta a una temperatura f 10 de por lo menos aproximadamente 90°C. * 27.- El procedimiento de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado además porque el gas de eliminación es entre aproximadamente 0.5 y aproximadamente 20 veces el volumen del solvente calentado a la presión y temperatura en donde el gas de eliminación se pone en contacto con el solvente 15 calentado. 28.- El procedimiento de conformidad con la reivindicación 15, que f comprende además remover gas de eliminación disuelto en el solvente calentado al poner en contacto el solvente calentado con un gas de regeneración que comprende por lo menos aproximadamente 60 por ciento molar de gas 20 hidrógeno. 29.- El procedimiento de conformidad con la reivindicación 28, caracterizado además porque el gas de regeneración es entre aproximadamente ^¿^m^^t^^^ ^^^^^^^^^ 0.5 a aproximadamente 10 veces el volumen del solvente calentado a la presión y temperatura en donde el gas hace contacto con el solvente calentado. 30.- El procedimiento de conformidad con la reivindicación 15, que comprende además expandir el material no permeado a una presión de entre aproximadamente 14.06 kg/cm2 a aproximadamente 35.15 kg/cm2 generando así energía. 31.- El procedimiento de conformidad con la reivindicación 30, que comprende además quemar el material no permeado en una turbina de combustión. 32.- El procedimiento de conformidad con la reivindicación 30, caracterizado además porque el gas de eliminación está a una presión entre aproximadamente 14.06 y aproximadamente 35.19 kg/cm2, que comprende además añadir el gas de eliminación al material no permeado antes de quemar el material no permeado. 33.- El procedimiento de conformidad con la reivindicación 29, que comprende además comprimir el material permeado a una presión entre aproximadamente 56.24 kg/cm2 y aproximadamente 140.6 kg/cm2, en donde la energía necesaria para comprimir el material permeado es provista por lo menos en parte al expandir el material no permeado. 34.- El procedimiento de conformidad con la reivindicación 16, que comprende además remover el gas de eliminación disuelto en el solvente al exponer el solvente a una presión inferior a aproximadamente 3.515 kg/cm2, y separar cualquier gas instantáneo del líquido. Í? k?M¿á.iJaÍii!!ít.¡st-i*i ¿¿¡áJ. .. , -^¿ -B.^. . .-X . . . s .. , A . „ ..{«>« • - . *,.» ,.„., ,, .. , . . . .;..„. i . .¿ a¿¿M»¿ 35.- El procedimiento de conformidad con la reivindicación 34, caracterizado además porque la presión es inferior a aproximadamente 1.406 kg/cm2. 36.- El procedimiento de conformidad con la reivindicación 16, que 5 comprende además poner en contacto el solvente calentado con un gas de regeneración que comprende por lo menos aproximadamente 60 por ciento molar de gas hidrógeno después de poner en contacto el solvente calentado con el gas de eliminación, en donde dicha puesta en contacto es bajo condiciones para remover al menos una porción de gas de eliminación. f 10 37.- El procedimiento de conformidad con la reivindicación 36, * caracterizado además porque el gas de regeneración comprende por lo menos 5 aproximadamente 90 por ciento molar de gas hidrógeno. 38.- El procedimiento de conformidad con la reivindicación 36, caracterizado además porque el gas de regeneración está a una presión entre 15 aproximadamente 14.06 y aproximadamente 35.15 kg/cm2, que comprende además añadir el gas de regeneración al material no permeado antes de quemar f el material no permeado. 39.- El procedimiento de conformidad con la reivindicación 38, caracterizado además porque el gas de eliminación y el gas de regeneración 20 hacen contacto con el solvente calentado dentro de un contactor de gas-líquido sencillo. t S&tA.-ám Á iíf.á.??'ítí . -i at¿ta«* 40.- El procedimiento de conformidad con la reivindicación 17, que comprende además someter a metanado el material permeado después de separar el material permeado del solvente.