PT91680A - Processo para a producao simultanea de hidrogenio e de monoxido de carbono e instalacao para a realizacao desse processo - Google Patents

Processo para a producao simultanea de hidrogenio e de monoxido de carbono e instalacao para a realizacao desse processo Download PDF

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PT91680A
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Pierre Gauthier
Christian Monereau
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Description

Descrição referente à patente de invenção de L1 AIR LIQUIDE, SOCIETE ANONYME POUR L1ETUDE ET L'EXPLOITATION DES PROCEDES GEORGES CLAUDE, francesa, industrial e comercial, com sede em 75, Quai dOrsay, 75321 Paris Cedex 07, França, (inventores: Pierre Gauthier e Chris-tian Monereau, residentes na França), para "PROCESSO PARA A PRODUÇÃO SIMULTÂNEA DE HIDROGÉNIO E DE MONÓXIDO DE CARBONO E INSTALAÇÃO PARA A REALIZAÇÃO DESSE PROCESSO".
Descrição A presente invenção refere-se a um processo para a produção simultânea de hidrogénio e de monóxido de carbono com um quociente hidrogénio/monóxido de carbono pré-determinado, do tipo que permite obter um gás de síntese como, por exemplo um gás proveniente da reformação (reforming) de hidrocarbonetos, contendo hidrogénio e monóxido de carbono.
Os gases obtidos por reformação de hidrocarbonetos contêm hidrogénio e monóxido de carbono mas com um quociente hidrogénio/monóxido de carbono que não está, geralmente, adaptado às necessidades de produção. A presente invenção tem por finalidade suprimir esta lacuna dum modo económico. Com esta finalidade, a presente invenção tem por objectivo um processo do tipo anteriormente citado, caracterizado por se obter um gás de síntese com um quociente hidrogénio/monóxido de carbono excedente, ajustando-se esta proporção mediante eliminação do hidrogénio em excesso por permeação.
Numa aplicação prática, vantajosa, de acordo com a 1
presente invenção, submete-se apenas uma fracção do gás de síntese a permeação. A presente invenção tem, igualmente, por objectivo uma instalação destinada a utilizar na prática este processo. Esta instalação do tipo que engloba uma unidade de produção dum gás de síntese como, por exemplo, um gás produzido por reformação de hidrocarbonetos, contendo hidrogénio e monóxido de carbono caracteriza-se por englobar a jusante da unidade anterior-mente citada um permeador destinado a eliminar o hidrogénio em excesso.
Descrevem-se, seguidamente, alguns exemplos de aplicação prática de acordo com a presente invenção tendo em atenção os desenhos anexos em que: - as figuras 1 e 2 representam, esquematicamente, duas variantes da instalação de acordo com a presente invenção; e - a figura 3 representa uma variante do quadro III da figura 2. A instalação representada na figura 1 destina-se a recuperar o hidrogénio e o monóxido de carbono contidos no gás produzido por uma unidade de reformação de hidrocarbonetos (1). Esta última faz reagir hidrocarbonetos de fórmula geral C H com oxigénio e com água produzindo sob uma pressão compreendida entre 30 e 50 bar em gás de síntese constituído por hidrogénio, monóxido de carbono, metano, anidrido carbónico e água. As proporções podem estar, por exemplo, compreendidas entre 50 e 80% de hidrogénio, 20 a 50% de monóxido de carbono, 0,1 a 10% de metano ela 30% de anidrido carbónico, sendo o quociente hidro-génio/monóxido de carbono deste gás excedente relativamente às necessidades de produção. A instalação consta, essencialmente, dum aparelho (2) de descarbonatação primária por lavagem com aminas; dum aparelho (3) de descarbonatação secundária - dessecação por adsorção; dum permeador (4) e duma unidade de separação criogénica (5) que inclui um permutador de calor indirecto (6) onde circulam os produtos utilizados, em contra-corrente relatiszamente à permuta térmica; duma coluna (7) de lavagem do metano e duma coluna (8) de destilação. 2 0 aparelho (2) engloba uma coluna (9) de lavagem e uma coluna (10) de regeneração de aminas por destilação, sendo esta última aquecida num reservatório até 150°c por uma serpentina (11). O aparelho 3 inclui duas garrafas de adsorção (12) funcionando alternadamente, encontrando-se uma em fase de adsorção enquanto a outra se encontra em fase de regeneração ou de dessorção em contra-corrente. O adsorvente contido nas garrafas (12) é, por exemplo, um peneiro molecular. 0 aparelho (3) é alimentado por uma conduta (13) que transporta a mistura a tratar e por uma conduta (14) que transporta o gás de regeneração. inclui um conjunto de dispositivos que permitem a expansão, apropriados, portanto, para o funcionamento e que serão descritos mais adiante. O permeador (4) está adaptado para separar o hidrogénio dos outros constituintes da mistura que se introduz, por exemplo, por acção de um feixe de fibras ocas constituidas por uma membrana de permeabilidade selectiva. Um exemplo duma membrana conveniente para esta aplicação tem por base uma tecnologia que utiliza uma poliamida pesquisada por DU PONT de NEMOURS e apresentada na patente de invenção 30 351 (patente de invenção norte-americana NQ. 3 899 309). Outros exemplos encontram-se descritos nas patentes de invenção norte-americana NQs.4 180 553 e 4 230 463. A coluna de destilação 8 engloba no reservatório um destilador (15) cuja temperatura está compreendida entre -140° e -150°C e na extremidade superior um condensador (16) à temperatura aproximada de -180°C.
Em funcionamento o gás de síntese é lançado no reservatório da coluna 9, a uma temperatura compreendida entre 30° e 100°C aproximadamente, e é lavado por uma corrente líquida de aminas e depois consideravelmente descarbonatado, alcançando a conduta (13). O líquido recolhido no reservatório da coluna 9 é lançado na extremidade superior da coluna (10) e é descarbonatado por destilação. Assim uma corrente gasosa de anidrido carbónico é transfegada pela extremidade superior da coluna (10) 3
por uma conduta 17, e uma corrente líquida de aminas regeneradas é transfegada para o reservatório desta coluna e re-envia-da por meio de uma bomba (18) para a extremidade superior da coluna (9).
Seguidamente, o gás tratado é completamente descarbo-natado e desidratado por adsorção no aparelho (3) e lançado depois através duma conduta (19) para o espaço de alta pressão do permeador (4). Este produz um permeato constituído essencialmente por hidrogénio a uma baixa pressão de alguns bar e evacuado por uma conduta (20) e um resto constituído essencialmente por metano e monóxido de carbono assim como o resto do hidrogénio contido no gás inicial.
Os parâmetros do processo bem como, eventualmente, uma passagem auxiliar (by-pass) (21) de débito regulável ligando directamente a conduta (19) à conduta (22) de saída de alta pressão do permeador, permitem ajustar o débito do permeato para obter a proporção hidrogénio/anidrido carbónico pretendida, a elevada pressão, na conduta (22). O gás descarbonatado e desidratado com uma proporção hidrogénio/anidrido carbónico assim ajustada, transportado pela conduta (22) é arrefecido até à temperatura de -180°C pelo permutador (6) e enviado para a base da coluna (7). Nesta separa-se o hidrogénio por lavagem com metano, aquece-se novamente até à temperatura ambiente no permutador (6) e sai pela conduta (23). O líquido do reservatório da coluna (7) expande-se até cerca de 3 bares num dispositivo que permite essa expansão (24) e é transportado até meia altura da coluna 8, que realiza a separação do anidrido carbónico e do metano. O anidrido carbónico, transfegado sob a forma de um gás para a extremidade superior desta coluna, é aquecido novamente até à temperatura ambiente no permutador (6) e sai por uma conduta (25). O metano transfegado sob a forma de um líquido para o reservatório da coluna, sai, parcialmente, através de uma bomba (26) para a extremidade superior da coluna (7), após arrefecimento até à temperatura de -180QC num permutador de calor não representado. 4
0 resto do metano líquido vaporiza-se e aquece-se novamente à temperatura ambiente no permutador (6) e transporta-se, depois, pela conduta (14) até à garrafa de adsorção (12) em regeneração, constituindo o efluente um resíduo da instalação que se elimina pela rede de canais "fuel-gás" por uma conduta (27).
Um complemento de frigorias é fornecido ao permutador (6) por um dispositivo frigorífico apropriado (28). A presença do permeador (4) permite não só obter a proporção hidrogénio/monóxido de carbono pretendida, a elevada pressão, mas igualmente em tratar pela parte criogénica (5) da instalação um débito de gás reduzido. A instalação da figura 2 difere da da figura 1 apenas pelo facto de que o permeador (4) está disposto acima do aparelho (2) e recebe directamente o gás de síntese proveniente da unidade (1). Como, na generalidade, as membranas de separação do hidrogénio são relativamente permeáveis ao anidrido carbónico, é uma mistura de hidrogénio/anidrido carbónico que constitui o permeato que sai pela conduta (20), sendo o resíduo da permeação lançado para o aparelho (3). Esta variante permite além do mais reduzir os custos relativos às etapas de descarbo-natação primária e de descarbonatação secundária - dessecação.
Numa outra variante, como a representada na figura 3, o permeador pode dispor-se entre os aparelhos (2) e (3). Aí recebe, então, a mistura que sofreu a descarbonatação primária e liberta, através da conduta (20), uma mistura de hidrogénio - água que constitui o permeato ( na generalidade as membranas de separação do hidrogénio são relativamente permeáveis à água), bem como um resíduo de alta pressão, destinado ao aparelho (3), pela conduta (13). Tendo em vista o caso da figura 1, esta variante permite, além do mais reduzir o investimento relativo ao aparelho de adsorção (3). REIVINDICAÇÕES - lã - 5

Claims (1)

  1. Processo para a produção simultânea de hidrogénio e de monóxido de carbono com um quociente hidrogénio/monó-xido de carbono pré-determinado, do tipo que permite obter (em 1) um gás de síntese como, por exemplo, um gás produzido por reformação (reforming) de hidrocarbonetos, contendo hidrogénio e monóxido de carbono, caracterizado por produzir-se um gás de síntese com uma proporção hidrogénio/monóxido de carbono excedente e ajustar-se essa proporção eliminando o hidrogénio em excesso por permeação (em 4). - 2i - Processo de acordo com a reivindicação 1, no qual se sujeita o gás de síntese a uma descarbonatação e a uma dessecação (em 2 e 3) e depois a uma separação criogénica dos constituintes restantes (em 5), caracterizado por realizar-se a permeação a montante da separação criogénica. - 3i - Processo de acordo com qualquer das reivindicações 1 e 2, caracterizado por submeter-se a permeação apenas uma fracção do gás de síntese. - 4ã - Instalação para a produção simultânea de hidrogénio e de monóxido de carbono com um quociente hidrogénio/monóxido de carbono pré-determinado, do tipo que engloba uma unidade (1) de produção dum gás de síntese como, por exemplo, um gás produzido por reformação de hidrocarbonetos contendo hidrogénio e monóxido de carbono, caracterizada por incluir a jusante da unidade (1) anteriormente citada, um permeador (4) destinado a eliminar o hidrogénio em excesso. - 5ã - Instalação de acordo com a reivindicação 4, in- 6 cluindo, a jusante da unidade (1) anteriormente citada, meios (2 , 3) de descarbonatação e de dessecação do gás de síntese e uma unidade de separação criogénica (5) que engloba um per-mutador de calor (6) destinado a arrefecer o gás que sai dos meios de descarbonatação e de dessecação, caracterizada por o permeador (4) encontrar-se disposto a montante do permutador de calor (6). Instalação de acordo com uma das reivindicações 4 e 5, caracterizada por o permeador (4) estar equipado com uma passagem auxiliar (by-pass) (21) de débito regulável. A requerente reivindica a prioridade do pedido francês apresentado em 12 de Setembro de 1988, sob o nQ. 88 11.883. Lisboa, 11 de Setembro de 1989
    7
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