RO117381B1

RO117381B1 - Procedeu şi instalaţie de recuperare a hidrogenului şi dioxidului de carbon din gazele reziduale provenite de la fabricarea acetilenei

Info

Publication number: RO117381B1
Application number: RO94-01480A
Authority: RO
Inventors: Marin Vâlceanu; Gheorghe Bumbac
Original assignee: Marin Vâlceanu; Gheorghe Bumbac
Priority date: 1994-09-06
Filing date: 1994-09-06
Publication date: 2002-02-28

Abstract

Invenţia se referă la un procedeu şi o instalaţie de recuperare a hidrogenului şi a dioxidului de carbon din gazele reziduale provenite de la fabricarea acetilenei. Procedeul conform invenţiei constă în aceea că, pentru creşterea eficienţei procesului de separare, gazul rezidual se preîncălzeşte, pe baza căldurii de proces, într-un schimbător de căldură (1), se hidrogenează în două trepte, în reactoarele catalitice (2 şi 4), se combină în proporţie controlată cu vapori de apă de joasă presiune, se preîncălzeşte în continuare, în două trepte, în două preîncălzitoare de gaze (5 şi 6), pe baza căldurii de proces, urmând o conversie a oxidului de carbon, la dioxid de carbon, în două trepte, în reactoare catalitice (7 şi 8), cu recuperarea căldurii în trepte, o evacuare a condensului rezultat, urmată de o comprimare a gazului şi o primă separare a hidroxidului, când rezultă două fracţii, una bogată în hidrogen, iar cea de-a doua conţinând gaze cu dioxid de carbon şi hidrocarburi, care trec apoi într-o a doua unitate de separare a dioxidului de carbon, într-o unitate cu site moleculare (14), rezultând dioxid de carbon cu o concentraţie de minimum 80% şi gaze combustibile cu o putere calorică de minimum 3500 kcal/Nm.

Description

RO 117381 B

Invenția se referă la un procedeu și o instalație pentru recuperarea hidrogenului și a dioxidului de carbon din gazele reziduale provenite de la fabricarea acetilenei, în vederea ⁷ utilizării acestora pentru o serie de sinteze chimice, cum ar fi, de exemplu, hidrogenarea fenolului la ciclohexanonă.Dioxidul de carbon poate fi lichefiat și utilizat ca atare.

Sunt cunoscute procedee de separare a componentelor din gaze conținând speciile chimice urmărite prin invenția de față, însă nu se cunoaște o aplicație pentru gazul provenit din fabricarea acetilenei.

Astfel, pentru separarea hidrogenului și a dioxidului de carbon din amestecul de componenți gazoși sunt cunoscute metodele criogenice (în cazul obținerii hidrogenului de 10 puritate), metode care utilizează procedee de spălare chimică (absorbție sau chemosorbție), j sau absorbții pe site moleculare (în cazul separării dioxidului de carbon).

De asemenea, se mai practică separarea dioxidului de carbon și a hidrogenului de alți componenți gazoși, folosind metode selective.

Metodele criogenice prezintă dezavantajele unui consum ridicat de energie pentru Si 15 realizarea presiunilor ridicate și a temperaturilor scăzute, precum și ale unui cost ridicat de investiție.

Metodele bazate pe procedee de spălare chimică prezintă ca dezavantaj un consum ridicat de agenți de spălare chimică și de energie termică. De asemenea, costurile de investiție sunt foarte mari, impuse de utilizarea de oțeluri inoxidabile.

Utilizarea procedeului cu membrane, deși posibil de abordat, nu întrunește pretențiile de puritate ale hidrogenului produs.

O instalație care să proceseze gazele reziduale provenite de la acetilenă, după o modalitate tehnologică în urma căreia să rezulte hidrogen de puritate ridicată, gaze cu dioxid de carbon și un gaz combustibil nu se cunoaște, dar, operații tehnologice și instalațiile 25 aferente pentru realizarea hidrogenării hidrocarburilor nesaturate la hidrocarburi saturate, pentru conversia oxidului de carbon la dioxid de carbon și pentru separarea hidrogenului pe site moleculare sunt cunoscute, separat în diverse alte tehnologicii și instalații.

Problema pe care o rezolvă invenția constă în asigurarea condițiilor tehnologice de obținere a hidrogenului produs, de puritate (min.99,9%), dintr-un gaz rezidual provenit din 30 procesul de obținere a acetilenei și un gaz bogat în dioxid de carbon (minimum 80 %) ce poate servi la diverse sinteze chimice și un gaz combustibil cu putere calorică de minimum 3500 kcal/Nm³.

Procedeul conform invenției elimină dezavantajele menționate prin aceea că pentru creșterea eficienței procesului de separare, gazul rezidual se preîncălzește pe baza căldurii 35 de proces, se hidrogenează în două trepte, pentru convertirea hidrocarburilor nesaturate la hidrocarburi saturate cu recuperarea de căldură în trepte, se combină în proporție controlată cu vapori de joasă presiune,se preîncălzește în continuare, în două trepte pe baza căldurii de proces, urmând o conversie a oxidului de carbon la dioxid de carbon în două trepte cu recuperarea căldurii în trepte, o evacuare a condensului rezultat, urmată de o comprimare 40 a gazului și o primă separare, a hidrogenului, când rezultă două fracțiuni, una bogată în hidrogen, iar cea de-a doua conținând gaze cu dioxid de carbon și hidrocarburi care trec apoi într-o a doua unitate de separare, a dioxidului de carbon, pe site moleculare, rezultând dioxid de carbon de concentrație minimum 80 % și gaze combustibile cu o putere calorică de minimum 3500 kcal/Nm³.

Instalația pentru aplicarea procedeului, conform invenției, elimină dezavantajele men- ționate prin aceea că este constituită dintr-un schimbător de căldură, pentru preîncălzirea cu căldură de proces a gazelor reziduale provenite de la fabricarea acetilenei, un reactor catalitic, treapta I de hidrogenare a hidrocarburilor nesaturate la hidrocarburi saturate, un schimbător de căldură, pentru recuperarea căldurii rezultate în treapta I de hidrogenare, un

RO 117381 B reactor catalitic, treapta II de hidrogenare finală a hidrocarburilor nesaturate la hidrocarburi 50 saturate, două preîncălzitoare de gaze, în care gazul rezidual hidrogenat și tratat cu vapori de apă se preîncălzește la temperatura necesară reacției de conversie a oxidului de carbon la dioxid de carbon, reacție a cărei primă treaptă de conversie are loc într-un reactor catalitic, în care se pot controla performanțele procesului utilizând adaos intermediar de abur, urmată de o răcire în schimbător și o a doua treaptă de conversie într-un reactor catalitic, urmată 55 de recuperarea finală a căldurii în niște schimbătoare de căldură, separarea, într-un separator, a condensului produs, comprimarea la presiunea de separare într-un compresor, separarea hidrogenului într-o unitate cu site moleculare, prin producerea unei fracțiuni bogate în hidrogen, cu o concentrație de minimum 99,9 % voi. ce iese din proces, separarea dioxidului de carbon având o concentrație de minimum 80 % voi. într-o unitate cu site moleculare și 60 obținerea unui gaz combustibil cu putere calorică de minimum 3500 kcal/Nmc.

Prin aplicarea invenției se obțin următoarele avantaje:

- se valorifică superior gazul rezidual provenit de la fabricarea acetilenei convertind oxidul de carbon la dioxid de carbon și hidrogen separând hidrogenul ca produs de puritate, utilizat ca agent pentru sinteze organice și amoniac, precum și dioxid de carbon și un gaz 65 combustibil.

- separă dioxidul de carbon căruia îi dă o utilizare industrială evitându-se astfel descărcarea acestuia direct în atmosferă cu poluarea acesteia.

Se dă în continuare un exemplu de realizare a invenției în legătură cu fig. 1 și 2, care reprezintă: 70

- fig.1, procedeul de aplicare a procedeului conform invenției, de recuperare a hidrogenului și a dioxidului de carbon din gazele reziduale provenite de la fabricarea acetilenei,

- fig.2, schema tehnologică a instalației.

Conform procedeului figurat în fig. 1, gazul rezidual provenit din fabricarea acetilenei 75 este preîncălzit la o temperatură necesară amorsării reacției de hidrogenare a hidrocarburilor nesaturate conținute în gaz, Hidrogenarea se produce în două trepte, cu o răcire a gazului între trepte, asigurându-se astfel o transformare completă a hidrocarburilor nesaturate în hidrocarburi saturate. Avantajul hidrogenării în trepte constă în posibilitatea răcirii între trepte, lucru avantajos pentru reacția de hidrogenare la care randamentul de transformare 80 este defavorizat de temperaturi înalte.

După hidrogenarea în treapta a doua, gazului i se injectează vapori de apă de joasă presiune și este preîncălzit apoi până la temperatura de amorsare a reacției de conversie catalitică a oxidului de carbon la dioxid de carbon.

Conversia oxidului de carbon la dioxid de carbon are loc, de asemenea, în două 85 trepte, prima treaptă servind conversiei extensive a oxidului la dioxid de carbon, iar ultima treaptă urmărind doar atingerea unui nivel minim al compoziției în oxid de carbon a gazului, între cele două trepte de conversie a CO la CO₂ se injectează restul necesarului de vapori de apă pentru definitivarea reacției de conversie a CO la CO₂. Avantajul conversiei în trepte constă în aceea că, după realizarea grosieră a conversiei într-o primă treaptă, următoarea 90 treaptă asigură atingerea gradului maxim de conversie. Acest lucru este explicat de faptul că reacția este exotermă, iar gradul de conversie este defavorizat de temperaturi înalte și, prin asigurarea desfășurării în trepte a procesului, este posibilă răcirea intermediară a amestecului de reacție până la atingerea unui grad maxim de transformare.

în continuare, se recuperează căldura reacției de conversie CO la CO₂, se elimină 95 apa rezultată prin condensare în urma procesului de răcire a gazului și se comprimă gazul

RO 117381 B la o presiune la care să fie posibilă separarea hidrogenului, la o puritate de minimum 99,9 % (voi), iar hidrogenul separat să aibă o presiune suficient de mare în condiții de operare mai puțin costisitoare.

Separarea hidrogenului se face utilizând site moleculare selective, pentru hidrogen.

Gazul sărăcit în hidrogen este apoi trecut printr-o unitate de separare a CO₂ pe site moleculare selective, care sunt specifice separării acestuia, rezultând un gaz bogat în dioxid de carbon (minimum 80 %) și un gaz combustibil (minimum 3500 kcal/Nm³). CO₂-ul se poate lichefia la presiunea la care se obține.

Gazul rezidual de la instalația de acetilenă, conține:

COMPONENT	LIMITE % VOL.
Hidrogen	58-65
Oxid de carbon	24-27
Dioxid de carbon	3-4
Hidrocarburi saturate	5,8-7,5
Hidrocarburi nesaturate	0,5-1,4
Azot	1 -1,3
Oxigen	0,1 -0,3
Urme de compuși cu sulf

Gazul se preîncălzește într-un schimbător de căldură 1, până la atingerea temperaturii de amorsare a reacției de hidrogenare, și se introduce într-un reactor 2, de desulfurare și hidrogenare. în reactor, concomitent cu hidrogenarea are loc reținerea compușilor cu sulf, în majoritate, a hidrocarburilor nesaturate. într-un schimbător de căldură 3,, căldura de reacție rezultată în urma hidrogenării este cedată de gaz, apei demineralizate, care se folosește ca agent termic.

Gazul răcit intră în al doilea reactor de hidrogenare 4, unde se hidrogenează întreaga cantitate de hidrocarburi nesaturate. Constructiv, reactoarele 2 și 4 sunt identice, ele putând fi folosite atât în serie cât și în paralel, cu posibilitatea de folosire a unuia când la celălalt se schimbă catalizatorul.

Gazul hidrogenat este amestecat, mai departe, cu un debit de abur de proces, dozat pentru o primă etapă de conversie a oxidului de carbon la dioxid de carbon și intră într-un schimbător de căldură, 5, unde are loc o primă preîncălzire pe seama căldurii gazului final convertit, după care intră într-un schimbătorul de căldură, 6, unde se încălzește până la temperatura de amorsare a reacției de conversie a oxidului de carbon la dioxid de carbon. Cu temperatura de amorsare atinsă, gazul intră într-un prim reactor de conversie 7, în care are loc conversia, în majoritate, a oxidului de carbon la dioxid de carbon, în urma reacției rezultând o cantitate de căldură ce conduce la creșterea temperaturii gazului la ieșire din reactor. Deoarece procesul de conversie este influențat termodinamic negativ de temperaturi ridicate, după prima treaptă de conversie are loc răcirea gazului, prin introducerea acestuia în schimbătorul de căldură 6, căldura cedată servind la preîncălzirea gazului la intrarea în convertor.

în continuare, gazul ce iese din schimbătorul 6 se amestecă cu un debit de abur de proces dozat pentru etapa finală de conversie, unde se realizează un grad maxim de

Claims

RO 117381 B transformare a oxidului de carbon în di oxid de carbon. Conversia finală are loc într-un reactor 8, care, constructiv, este identic cu reactorul 7, fiind conceput să poată funcționa atât cu catalizator specific conversiei de înaltă temperatură, cât și cu catalizator specific conversiei de joasă temperatură. Astfel, în primul reactor 7, se realizează, datorită temperaturii înalte, o viteză mare de reacție, iar în al doilea reactor 8, se realizează un randament maxim al 145 procesului de conversie a dioxidului de carbon. După conversia finală, gazul cu temperatură ridicată, rezultată pe baza căldurii de reacție din proces, se răcește în schimbătorul de căldură 5, unde cedează o parte din căldura gazului rezultat după hidrogenare, apoi se introduce în schimbătorul de căldură 1, unde cedează în continuare o cantitate de căldură, preîncălzind gazul rezidual rezultat de la insta- 150 % ' lația de acetilenă, după care intră într-un răcitor condensator 9, unde cedează majoritatea căldurii conținute (a vaporilor de apă și cea provenită din reacție) apei demineralizate, apă care se preîncălzește înainte de a fi trimisă la schimbătorul de căldură 3 și de a fi folosită ca agent termic. Pentru o răcire la nivelul temperaturii mediului ambiant, gazul intră într-un / schimbător de căldură 10, răcit cu apă, unde se răcește la o temperatură avantajoasă 155 ' procesului următor. în acest schimbător are loc condensarea avansată a vaporilor de apă, care se îndepărtează într-un separator 11. Din separator, condensul rezultat se evacuează la canalizare, iar gazul rezultat trece într-un compresor 12, unde se comprimă, după care trece într-un bloc de separare cu site moleculare 13, în care rezultă o fracțiune de minimum 99,9 % volume hidrogen, ce poate 160 primi diverse utilizări, și o fracțiune conținând dioxid de carbon și hidrocarburi saturate. Gazul conținând dioxid de carbon și hidrocarburi saturate intră într-o unitate de recuperare a dioxidului de carbon 14, care poate fi, fie pe bază de spălare chimică (cu soluții alcaline de natură organică), fie utilizând site moleculare sau membrane semipermeabile. în cazul de față, conform invenției se folosesc site moleculare. 165 Din unitatea de recuperare a dioxidului de carbon rezultă un gaz bogat în hidrocarburi saturate, cu putere calorică ridicată (minimum 3500 kcal/Nm3), ce poate fi utilizat fie la combustie, fie ca materie primă în alte tehnologii. De menționat că echivalentul în gaz metan rezultat prin folosirea gazului bogat în hidrocarburi, rezultat din unitatea 14, poate asigura o creștere a producției de la fabrica de 170 acetilenă cu cca. 25-28 %, fără un consum suplimentar de gaz metan. Revendicări

1. Procedeu de recuperare a hidrogenului și a dioxidului de carbon din gazele 175 reziduale provenite de la fabricarea acetilenei, caracterizat prin aceea că se preîncălzește un gaz rezidual pe baza căldurii de proces, se hidrogenează în două trepte, pentru conversia hidrocarburilor nesaturate la hidrocarburi saturate cu recuperare de căldură în trepte, se combină în proporție controlată cu vapori de joasă presiune, se preîncălzește în continuare, în două trepte, pe baza căldurii de proces, urmând o conversie a oxidului de carbon la dioxid 180 de carbon în două trepte cu recuperarea căldurii în trepte, o evacuare a condensului rezultat, urmată de o comprimare a gazului și o primă separare, a hidrogenului, când rezultă două fracțiuni, una bogată în hidrogen, iar cea de-a doua conținând gaze cu dioxid de carbon și hidrocarburi care trec apoi într-o a doua unitate de separare, a dioxidului de carbon, pe site moleculare, rezultând dioxid de carbon în concentrație de minimum 80 % și gaze 185 combustibile cu o putere calorică de minimum 3500 kcal/Nm³.

RO 117381 B

2. Instalație pentru aplicarea procedeului conform revendicării 1, caracterizată prin aceea că este constituită dintr-un schimbător de căldură (1), pentru preîncălzirea cu căldură de proces a gazelor reziduale provenite de la fabricarea acetilenei, un reactor catalitic (2), 190 treapta I de hidrogenare a hidrocarburilor nesaturate la hidrocarburi saturate, un schimbător de căldură (3) pentru recuperarea căldurii rezultate în treapta I de hidrogenare, un reactor catalitic (4), treapta II, de hidrogenare finală a hidrocarburilor nesaturate la hidrocarburi saturate, preîncălzitoare de gaze (5) și (6) în care gazul rezidual hidrogenat și tratat cu vapori de apă se preîncălzește la temperatura necesară reacției de conversie a oxidului de 195 carbon la dioxid de carbon, a cărei primă treaptă de conversie are loc într-un reactor catalitic (7), în care se pot controla performanțele procesului utilizând adaos intermediar de abur, urmată de o răcire în schimbătorul (6) și o a doua treaptă de conversie într-un reactor catalitic (8), urmată de recuperarea finală a căldurii în niște schimbătoare de căldură (5,1, 9, 10), separarea într-un separator (11), a condensului produs, comprimarea la presiunea 200 de separare într-un compresor (12), separarea hidrogenului într-o unitate cu site moleculare (13) prin producerea unei fracțiuni bogate în hidrogen, cu o concentrație de minimum 99,9 % voi. ce iese din proces, separarea dioxidului de carbon având o concentrație de minimum 80 % voi. într-o unitate cu site moleculare (14) și obținerea unui gaz combustibil cu putere calorică de minimum 3500 kcal/Nm³.

Președintele comisiei de examinare: ing. Georgescu Mirela

Examinator: ing. Prejbeanu Ana