PT91650B - Processo para a separacao dum constituinte de permeabilidade intermedia duma mistura gasosa e instalacao para a realizacao desse processo - Google Patents

Description

Descrição

A presente invenção que diz respeito a um processo para a separação dum constituinte, de permeabilidade intermédia, duma mistura gasosa aplica-se, em especial, à eliminação de anidrido carbónico duma mistura de hidrogénio-anidrido carbónico-monóxido de carbono.

A técnica clássica para realizar uma eliminação deste tipo consiste em lavar a mistura, ou utilizando aminas (lavagem química) ou utilizando produtos com acção física de absorção, o que conduz a um investimento e gastos de energia importantes.

A patente de invenção norte-americana Νθ.3250080 descreve um processo para a separação duma mistura gasosa por difusão e fraccionamento utilizando uma bateria de células de permeação montadas em série simultaneamente no lado de alta pressão e no lado de baixa pressão e fazendo recircular uma parte do gás residual da extremidade de saída de alta pressão na direcção da extremidade de entrada de baixa pressão dessas células.

anaI

Uma instalação deste tipo é particularmente complexa.

Os pedidos de patentes de invenção inglesa N2.2 053 021

e europeia NS. 0 029 600 descrevem, também, sistemas de separação de gás proveniente dum compartimento de alta pressão dum separador com membrana na direcção do compartimento de baixa pressão. Durante esta reciclagem não há tratamento.

A presente invenção tem por finalidade fornecer uma técnica de separação muito simples e muito económica.

Com esta finalidade o processo de acordo com a presente invenção caracteriza-se por:

- fazer-se passar a mistura no espaço de entrada de um permeador;

- tratar-se o resíduo deste permeador eliminando o constituinte anteriormente citado de modo a obter uma corrente gasosa intermédia; e

- injectar-se esta corrente gasosa no espaço de produção do permeador, mantendo a pressão parcial do constituinte mais permeável da mistura anteriormente citada pelo tratamento também anteriormente citado, à saida do espaço de produção do permeador, num valor inferior ao que esse constituinte possui na mis tura inicial.

Segundo um modo de acção preferido da presente invenção, elimina-se o constituinte anteriormente citado num segundo permeador em que o resíduo constitui a corrente gasosa intermédia .

Um outro objectivo da presente invenção consiste numa instalação destinada à utilização na prática do processo anteriormente citado. Esta instalação caracteriza-se por incluir:

- um permeador cujo espaço de entrada se liga a uma fonte da mistura anteriormente citada;

- uti aparelho de tratamento do resíduo deste permeador englobando meios de eliminação do constituinte anteriormente citado;

e

- meios de injecção do fluído que emana deste aparelho no espaço de produção do permeador, comportando o aparelho de tratamento meios para manter a pressão

parcial do constituinte mais permeável do que a mistura anteriormente citada, à saida do espaço de produção do permeador, num valor inferior ao que este constituinte possui na mistura inicial .

Face ao desenho anexo descrevem-se seguidamente alguns exemplos de aplicação da presente invenção, ilustrando as figuras 1 a 3, esquematicamente, três variantes duma instalação de acordo com a presente invenção.

A instalação representada na figura 1 destina-se a fornecer sob pressão média uma mistura de hidrogénio-monóxido de carbono a partir duma mistura gasosa constituída, essencialmente, por hidrogénio, monóxido de carbono e anidrido carbónico. Esta instalação consta de um primeiro permeador (1) que comporta um espaço de entrada de alta pressão (IA) e um espaço de produção de média pressão (1B) e de um segundo permeador (2) que comporta um espaço de alta pressão (2A) e um espaço de baixa pressão (2B). Os espaços 2A e 1B estão unidos por uma primeira conduta (3); os espaços 2A e 1B estão unidos por uma segunda conduta (4) equipada com um dispositivo que permite a expansão (5) .

permeador 1 está adaptado para separar o hidrogénio dos outros constituintes da mistura nele introduzida, por exemplo, por acção dum feixe de fibras ocas constituídas por uma membrana de permeabilidade selectiva. Estes permeadores podem adquirir-se no mercado.

Do mesmo modo, o permeador 2 está adaptado para separar o anidrido carbónico dos outros constituintes da mistura que se introduz, por exemplo, com o auxílio de um feixe de fibras ocas constituídas por uma membrana de permeabilidade selectiva. Estes permeadores também se podem adquirir no comércio.

Em funcionamento, a mistura inicial alcança o espaço 1 A, sob elevada pressão, através de uma conduta (6) e sofre uma primeira permeacção durante a qual o hidrogénio aí contido passa para o espaço 1B. 0 resíduo desta permeação, constituído essencialmente por uma mistura de monóxido de carbono-anidrido carbónico, passa para o espaço 2A e sofre uma segunda permea3

ção durante a qual o anidrido carbónico passa para o espaço 2B.

resíduo desta segunda permeação, constituído essencialmente pelo monóxido de carbono contido na mistura inicial expande-se no dispositivo 5 e é enviado para o espaço 1B. Aí, o monóxido de carbono mistura-se com o hidrogénio proveniente da primeira permeação, o que fornece à saida de produção do permeador 1, via uma conduta 7, uma mistura de hidrogénio-monóxido de carbono sob pressão média. Para que este funcionamento seja possível, basta que a pressão parcial do hidrogénio seja inferior, na mistura final, à da mistura inicial. Assim, com uma mistura inicial com 60% de hidrogénio submetida a 35 bar. Pode-se pois, por exemplo, fornecer uma mistura de hidrogénio-monóxido de carbono com 80% de hidrogénio submetida a 20 bar, sendo a pressão parcial de hidrogénio, nesta mistura, de 16 bar.

Como indicado na figura 1, a circulação de dois fluxos gasosos pode realizar-se, vantajosamente, no permeador 1, em contra-corrente.

A instalação da figura 2 difere da da figura 1 apenas pelo facto de que se eliminou o dispositivo que permite a expansão (5) enquanto que uma conduta 8 ligada a uma fonte (9) dum gás auxiliar desemboca na conduta 4. O gás auxiliar que contem pouco ou nenhum hidrogénio e anidrido carbónico é por exemplo metano, monóxido de carbono e/ou azoto.

Devido à injecção de gás auxiliar na conduta 4, o permeato do permeador 1 fica diluido, o que permite assegurar, sem uma diminuição importante da pressão total, uma redução da pressão parcial do hidrogénio no espaço 1B. Assim, tendo em consideração as perdas devidas ao transporte, uma mistura inicial contendo 60% de hidrogénio, 20% de anidrido carbónico e 20% de monóxido de carbono submetida a 35 bar pode fornecer à pressão de 32 bar uma mistura com 50% de hidrogénio (isto é, uma pressão parcial de hidrogénio de 16 bar), 15% de monóxido de carbono e 35% do gás auxiliar. Esta variante permite mesmo obter na conduta 7 misturas a uma pressão total superior à pressão inicial.

Alternativamente, como se indica com elementos de natureza diversa, a diluição anteriormente citada pode obter-se

acima do permeador 2, por meio duma conduta (8A) que desemboca na conduta 3, se o gás auxiliar contem anidrido carbónico.

A instalação representada na figura 3 difere da da figura 1 pelo facto de que se eliminou o dispositivo que permite a expansão (5), enquanto se dispõe entre os permeadores 1 e 2 um permeador intermédio (10) equipado com membranas de separa ção de hidrogénio. Mais precisamente, a conduta 3 desemboca no espaço de alta pressão (10A) do permeador 10, espaço que se liga por uma conduta (11) ao espaço de alta pressão (2A) do per meador 2.

Em funcionamento, somente uma parte do hidrogénio contido na mistura inicial permeia no espaço 1B, sendo o resto desse hidrogénio eliminado por permeacção no espaço de baixa pressão (10B) do permeador intermédio 10. Esta eliminação duma parte do hidrogénio permite reduzir, de novo, a pressão parcial do hidrogénio no espaço 1B e, por conseguinte, produzir uma mistura de hidrogénio-monóxido de carbono sem uma diminuição importante da pressão.

Alternativamente, se o que se pretende não é a produção de hidrogénio a baixa pressão, pode-se suprimir o permeador (10). Com efeito, as membranas permeáveis ao anidrido carbónico são também atravessadas pelo hidrogénio, de modo que o permeador 2, mediante uma regulação apropriada dos parâmetros de funcionamento, pode assegurar, por si só, a eliminação do exces so do hidrogénio e do anidrido carbónico.

As instalações das figuras 2 e 3 são apropriadas, especialmente, para a produção duma mistura de hidrogénio-monóxido de carbono a partir dum gás de cracking (destilação fraccionada) ou de reforming (reformação) dos hidrocarbonetos que apresentam uma proporção entre hidrogénio e monóxido de carbono demasiado elevada relativamente às necessidades.

Em todos os casos a eliminação total do anidrido carbónico pode necessitar de uma lavagem química ou física da mistura final. Esta lavagem necessitará apenas dum investimento e de gastos de energia reduzidos porque a quantidade importante do anidrido carbónico será eliminada, previamente, por permeação.

Deve ter-se em atenção que a presente invenção se apli ca essencialmente, na eliminação de anidrido carbónico por permeação, que não se realiza tal qual porque os permeadores deixam passar, simultâneamente, hidrogénio.

Contudo, a presente invenção permite realizar, igualmente, economias quando se substitui o permeador 2 por um outro tipo de aparelho de eliminação do anidrido carbónico, por exemplo, por lavagem com aminas. Com efeito o fluxo tratado por este aparelho é consideravelmente reduzido.

Claims (1)

1. - lâ Processo para a separação dum constituinte de permeabilidade intermédia duma mistura gasosa, caracterizado por:

   - fazer-se passar a mistura no espaço de entrada (IA) dum permeador (1) ;

   - tratar-se o resíduo deste permeador eliminando o constituinte anteriormente citado, de modo a produzir uma corrente gasosa intermédia; e

   - injectar-se esta corrente gasosa no espaço de produção (1B) do permeador (1), mantendo-se a pressão parcial do constituinte mais permeável, da mistura anteriormente citada, pelo tratamento também anteriormente citado, à saída do espaço de produção (1B) do permeador, num valor inferior ao que o constituinte possui na mistura inicial.

   - 2â Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por eliminar-se o constituinte anteriormente citado por permeação num segundo permeador (2) em que o resíduo constitui a corrente gasosa intermédia.

   - 6 3â

   Processo de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por diminuir-se a pressão da corrente gasosa intermédia antes da injectar no espaço de produção (1B) anteriormente citado .

   _ 4a _

   Processo de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por diluir-se a corrente gasosa intermédia por meio dum gás auxiliar antes da injectar no espaço de produção (1B) anteriormente citado.

   - 5ã Processo de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por eliminar-se, antes de fazer-se passar o resíduo do primeiro permeador (1) para o segundo permeador (2), desse resíduo um excesso do constituinte mais permeável, anteriormente citado, por passagem no espaço de alta pressão (10A) dum permeador intermédio (10).

   - 6â Processo de acordo com uma qualquer das reivindicações 1 a 5, caracterizado por utilizar-se uma mistura gasosa cujos constituintes principais são o hidrogénio, o anidrido carbónico e o monóxido de carbono.

   - 7§ Instalação destinada à utilização na prática dum processo para a separação dum constituinte de permeabilidade intermédia duma mistura gasosa, caracterizada por compreender:

   - um permeador (1) cujo espaço de entrada (IA) se liga a uma fonte da mistura anteriormente citada;

   - um aparelho (2,5; 2,8,8A ; 2,10) de tratamento do resíduo deste permeador englobando meios (2) de eliminação do constituinte anteriormente citado; e

   - meios (4) de injecção do fluido que emana deste aparelho no espaço de produção (1B) do permeador, comportando o aparelho de tratamento meios (5; 8,8A; 10) para manter a pressão parcial do constituinte mais permeável da mistura, anteriormente citada, à saida do espaço de produção (1B) do permeador, com um valor inferior ao que o constituinte possui na mistura inicial.

   - 8â reivindicação 7, catratamento que englo alta pressão (2A) acima do espaço de jusante do espaço de conduta (4).

   Instalação de acordo com a racterizada por utilizar-se um aparelho de ba um segundo permeador (2) cujo espaço de está ligado, por uma primeira conduta (3), entrada (IA) do primeiro permeador (1) e a produção (1B) deste último por uma segunda

   - 9ã Instalação de acordo com a reivindicação 8, caracterizada por adaptar^se na segunda conduta (4) um dispositivo que permite a expansão.

   - 10â Instalação de acordo com a reivindicação 8, caracterizada por desembocar na primeira conduta (3) ou na segunda conduta (4), anteriormente citadas, uma conduta (8, 8A) de injecção dum gás auxiliar.

   - 114 Instalação de acordo com a reivindicação 8, caracterizada por incluir um permeador intermédio (10) em que o espaço de alta pressão (10A) está colocado na primeira conduta (3) anteriormente citada.

   A requerente françês apresentado em 8 de reivindica a prioridade do pedido Setembro de 1988, sob o n°.88 11.736