BRPI0709902A2

BRPI0709902A2 - mÉtodo para purificar uma corrente de alimentaÇço contendo diàxido de carbono para obter um produto de diàxido de carbono

Info

Publication number: BRPI0709902A2
Application number: BRPI0709902-9A
Authority: BR
Inventors: Mahendra Shah Minish; Edward Howard Henry
Original assignee: Praxair Technology, Inc.
Priority date: 2006-04-03
Filing date: 2007-03-28
Publication date: 2011-07-26
Also published as: KR20080112357A; WO2007126972A3; WO2007126972A2; EP2002190A2; BRPI0709902B1; CA2648031A1; KR101370783B1; CN101460801B; US7666251B2; MX2008012829A; US20070231244A1; US20100077795A1; CA2648031C; US8216351B2; CN101460801A

Abstract

<B>MÉTODO PARA PURIFICAR UMA CORRENTE DE ALIMENTAÇçO CONTENDO DIàXIDO DE CARBONO PARA OBTER UM PRODUTO DE DIàXIDO DE CARBONO<D>Método de purificação de uma corrente de alimentação contendo dióxido de carbono (10) no qual a corrente de alimentação após ter sido comprimida e seca é parcialmente esfriada e então usada para reevaporar uma coluna de extração (28). Depois, a corrente de alimentação é adicionalmente esfriada e expandida para uma temperatura operacional menor da coluna de extração. Uma corrente de produto de dióxido de carbono adicionalmente esfriada e expandida para uma temperatura operacional menor da coluna de extração. A corrente de produto de dióxido de carbono (38) composta de produtos de fundo de coluna líquidos da coluna de extração é expandida em uma ou mais pressões para gerar refrigeração, então totalmente vaporizada dentro do trocador de calor principal (24) e comprimida por um compressor (48) para produzir um produto de dióxido de carbono comprimido (50). Refrigeração é recuperada no trocador de calor principal (24) de uma corrente de topo de coluna (31) extraída da coluna de extração (28) dentro do trocador de calor principal (24) quer direta quer indiretamente por processamento auxiliar no qual dióxido de carbono é adicionalmente separado e opcionalmente reciclado de volta para o compressor principal (12) usado em compressão da corrente de alimentação (10).

Description

'1METODO PARA PURIFICAR UMA CORRENTE DE ALIMENTAÇÃOCONTENDO DIÓXIDO DE CARBONO PARA OBTER UM PRODUTODE DIÓXIDO DE CARBONO"

Campo da invenção

A presente invenção refere-se a um método de purificação dedióxido de carbono para purificar uma corrente de alimentação contendodióxido de carbono dentro de uma coluna de extração para produzir umproduto de dióxido de carbono. Mais particularmente, a presente invençãorefere-se a um tal método de purificação no qual a corrente de alimentação écomprimida e introduzida em uma coluna de extração em uma pressão abaixoda pressão da corrente de alimentação para permitir suficiente transferência decalor da corrente de alimentação para o refervedor da coluna de extração paraproduzir dióxido de carbono com pureza alta e para recuperar dióxido decarbono em pressão superatmosférica para minimizar energia de compressão.

Fundamentos da invenção

Dióxido de carbono é um produto industrial valioso possuindouma variedade de usos que requerem que o dióxido de carbono seja de purezaalta, saber, dióxido de carbono de pureza maior do que 95 porcento emvolume. Em algumas situações, é necessário remover impurezas indesejáveisdo dióxido de carbono. E em alguns casos, é desejável não perdercomponentes valiosos no dióxido de carbono produto. Um uso importantepara o dióxido de carbono está no campo de recuperação aumentada de óleono qual o dióxido de carbono é injetado em orifício de poço abaixo em umcampo de óleo para conduzir o óleo para os poços produtores. Tipicamente,em uma operação de recuperação aumentada de óleo, uma corrente fresca dedióxido de carbono é misturada com uma corrente de reciclo de dióxido decarbono que é gerada quando óleo é produzido. Esta corrente de dióxido decarbono reciclada contém cerca de 80 a 95 porcento em volume de dióxido decarbono e o restante, impurezas que consistem principalmente dehidrocarbonetos variando de alcanos Cl a C7. Com relação a isto, é sabidoque o conteúdo de metano das impurezas afeta o desempenho da recuperaçãoaumentada de óleo, e como conseqüência, a remoção de metano é benéficapara tais operações.

Como indicado acima, dióxido de carbono possui muitos usosalém da recuperação aumentada de óleo e pode ser introduzido em umatubulação para uso em localizações que estão situadas a uma distância do sítiode produção no qual o dióxido de carbono é produzido. Em uma tal aplicação,umidade dentro da corrente de dióxido de carbono pode causar problemas decorrosão na tubulação. Como conseqüência, remoção de umidade éimportante. Além disso, também é benéfica a remoção de outras impurezas deuma corrente de dióxido de carbono a ser injetada em uma tubulação porquemuitos usos de dióxido de carbono requerem dióxido de carbono quase puro.Além disso, compressão de uma corrente em uma tubulação que contémimpurezas, que invariavelmente necessitarão ser removidas, aumenta oscustos de energia elétrica associados com a corrente devido ao volumeadicionado de impurezas.

Dióxido de carbono pode ser produzido por combustão de óxi-combustível em, por exemplo, usinas de energia de queima de carvão.Tipicamente, o gás de combustão produzido pela combustão possui umapureza de dióxido de carbono que varia de cerca de 70 porcento a cerca de 90porcento dependendo da pureza do oxigênio fornecido e de qualquervazamento de ar para dentro da caldeira. Assim, as impurezas dentro de umacorrente de dióxido de carbono produzido por um tal processo podem incluiroxigênio, nitrogênio, argônio, SOx e NOx. Óxidos de enxofre e óxidos denitrogênio são impurezas particularmente indesejáveis em qualquer correntede processo. Em processos de recuperação aumentada de óleo, o conteúdo deoxigênio tem que ser menor do que 100 ppm e preferivelmente menor do queppm e a pureza desejada do dióxido de carbono tem que ser no mínimo,cerca de 05 porcento puro. Como conseqüência, a remoção da impurezaoxigênio é particularmente importante para operações de recuperaçãoaumentada de óleo.

Dióxido de carbono também pode ser produzido de umafábrica de hidrogênio na qual uma corrente contendo hidrocarboneto ésubmetida à reforma de metano a vapor ou alternativamente à oxidaçãoparcial para produzir uma corrente contendo hidrogênio, monóxido decarbono, dióxido de carbono e água conhecida como gás de síntese. Emqualquer tal fábrica, o gás de síntese por sua vez é submetido a uma reação dedeslocamento de água-gás para reagir a corrente com o monóxido de carbonoe deste modo aumentar o hidrogênio e o dióxido de carbono contidos em umatal corrente. Em uma fábrica projetada para produzir hidrogênio, o hidrogênioé tipicamente separado do gás de síntese por adsorção com oscilação depressão. A corrente residual produzida em adsorção com oscilação de pressãocontém impurezas monóxido de carbono e metano. Estes componentes sãotipicamente recuperados e podem ser usados para atender parte dosrequerimentos de combustível da fábrica. O dióxido de carbono pode serrecuperado do gás de síntese quer antes quer depois do reator dedeslocamento de água-gás.

Em U.S. 6.301.927, é proporcionado um processoautorrefrigerado para separar dióxido de carbono no qual uma corrente dealimentação contendo dióxido de carbono é comprimida, esfriada e expandidaem um turboexpansor de modo que ela seja parcialmente liqüefeita e entãointroduzida em um separador de fases. O componente líquido é entãointroduzido em uma coluna de extração para produzir um produto de dióxidode carbono líquido. A coluna de extração é reevaporada por uma partecomprimida da corrente de alimentação que está em uma temperatura muitomais alta do que as temperaturas operacionais da coluna. Uma tal operaçãoresulta em ineficiência térmica que representa uma perda irreversível que temque ser reposta pela refrigeração aumentada e finalmente, em requerimentosde energia e de compressão aumentados.

Em U.S. 4.441.900, é descrito um processo para removerdióxido de carbono de gás natural no qual a corrente de alimentação éparcialmente condensada por esfriamento e então é separada em um separadorde fases. A corrente de líquido resultante da separação de fases é subesfriada eentão alimentada em uma coluna de destilação-extração para recuperarlíquido rico em dióxido de carbono e um primeiro vapor rico em metano. Oprimeiro vapor rico era metano é combinado com o vapor da separação defases e o vapor combinado é adicionalmente esfriado e então retificado emuma coluna de retificação para produzir um segundo líquido rico em dióxidode carbono e um segundo vapor rico em metano. Refrigeração é fornecida porexpansão do segundo vapor rico em metano e as correntes de líquido rico emdióxido de carbono. Todas as colunas descritas nesta patente são operadas napressão de corrente de alimentação e como conseqüência, reevaporaçãodentro das colunas é conduzida em uma temperatura relativamente alta. Comoum resultado, a corrente de alimentação pode fornecer apenas uma quantidadelimitada de energia térmica para refervedores das colunas de destilação e ascorrentes de produto de dióxido de carbono sempre conterão quantidadessignificativas de metano.

U.S. 3.130.026 descreve outro processo para separar dióxidode carbono de gás natural no qual a alimentação é esfriada e parcialmenteliqüefeita e então alimentada em um separador de fases. A corrente de líquidodo separador de fases é extraída em uma coluna de extração. A corrente delíquido de dióxido de carbono da coluna de extração é vaporizada e entãoexpandida por trabalho para recuperar energia e para gerar refrigeração que éusada para parcialmente liqüefazer a corrente de alimentação. Devido àexpansão do dióxido de carbono no processo de separação, o dióxido decarbono do processo de separação é obtido quase na pressão atmosférica. Aexpansão de dióxido de carbono em temperatura subatmosférica gera muitomenos energia do que a requerida para compressão de dióxido de carbonoacima da pressão atmosférica. Como um resultado, quando dióxido decarbono comprimido é um produto desejado, este processo requererá energiasignificativa para compressão. Adicionalmente, o uso de múltiplosturboexpansores também aumenta o custo de capital do sistema de separação.

U.S. 4.762.543 descreve um processo de separação de dióxidode carbono no qual gás comprimido é esfriado em um separador de amônia demodo que ele seja parcialmente condensado. A corrente parcialmentecondensada é alimentada em um separador. O componente vapor da correnteseparada dentro do separador é introduzida em uma coluna de retificação queutiliza um condensador de refluxo que de novo emprega refrigeração deamônia externa. U.S. 4.595.404 é outro processo externamente refrigerado noqual metano é separado de dióxido de carbono pelo uso de uma coluna dedestilação seguida por uma coluna de extração. A desvantagem da utilizaçãode refrigeração externa é que energia adicional é consumida por talrefrigeração e investimento de capital adicional para o sistema de refrigeraçãopode representar uma penalidade econômica inaceitável.

Como será discutido, a presente invenção proporciona ummétodo de separação de dióxido de carbono de uma corrente de alimentaçãode dióxido de carbono que é inerentemente mais termicamente eficiente doque as técnicas da arte anterior e assim, consome menos energia decompressão, alcança recuperação alta de dióxido de carbono e adicionalmentepermite que o dióxido de carbono seja recuperado em uma pureza alta. Outrasvantagens se tornarão evidentes a partir da seguinte descrição da presenteinvenção.

Sumário da invenção

A presente invenção proporciona um método de purificação deuma corrente de alimentação contendo dióxido de carbono para obter umproduto de dióxido de carbono. A presente invenção é útil para purificação decorrentes de alimentação contendo entre cerca de 30 e cerca de 95 porcento dedióxido de carbono.

De acordo com o método, uma corrente de alimentaçãopossuindo uma pressão superatmosférica é seca em um secador. Apóssecagem, a corrente de alimentação é então parcialmente esfriada em umtrocador de calor principal e utilizada para reevaporar uma coluna deextração, para deste modo adicionalmente esfriar a corrente de alimentação epara iniciar a formação de uma fase vapor ascendente dentro da coluna deextração.

A corrente de alimentação é então adicionalmente esfriada notrocador de calor principal para pelo menos parcialmente liqüefazer a correntede alimentação. A corrente de alimentação após ter sido pelo menosparcialmente liqüefeita é então expandida para uma pressão operacional dacoluna de extração que é menor do que aquela da corrente de alimentaçãoapós ter sido comprimida, para deste modo abaixar uma temperatura dereevaporação na qual a coluna de extração reevapora para um nível que estáabaixo da temperatura da corrente de alimentação após ter sido parcialmenteesfriada. Depois, pelo menos parte da corrente de alimentação é introduzidana coluna de extração para iniciar uma fase líquida descendente. A faselíquida descendente é contatada com a fase vapor ascendente dentro da colunade extração para extrair impurezas da fase líquida descendente e deste modopara produzir um topo pobre em dióxido de carbono e um produto de fundode coluna líquido rico em dióxido de carbono.

Uma corrente de topo de coluna composta de produto de topode coluna pobre em dióxido de carbono é usada para recuperar refrigeração notrocador de calor principal. Uma corrente de produto de dióxido de carbonocomposta de produto de fundo de coluna rico em dióxido de carbono éexpandida, pelo menos em uma pressão, para gerar a refrigeração. A correntede produto de dióxido de carbono é então vaporizada no trocador de calorprincipal e comprimida em um compressor para obter uma corrente dedióxido de carbono comprimida como pelo menos parte do produto dedióxido de carbono desejado do processo.

Visto que a coluna de extração é operada em uma pressãobaixa, o produto de fundo rico em dióxido de carbono vaporizará em umatemperatura menor do que tinha a coluna sido operada na pressão de correntede alimentação entrante. Além disso, visto que a, temperatura da coluna deextração é menor, pode haver uma igualação rigorosa entre a temperatura dacorrente de alimentação parcialmente esfriada que efetua a vaporização e atemperatura do líquido vaporizando. Como um resultado, o processo total émais eficiente porque permite recuperação de dióxido de carbono em pressãomais alta possível e reduz a energia requerida para adicionalmente comprimiro produto de dióxido de carbono. Isto por sua vez resultará em uma vantagemque menos refrigeração necessária será fornecida através de expansão paratambém abaixar o requerimento de compressão para a corrente de alimentaçãoentrante. Abaixamento da temperatura de refervedor também permitetransferência de calor suficiente da corrente de alimentação para o refervedorda coluna de extração de modo que é obtido dióxido de carbono de purezaalta. Sub-esfriamento adicional da corrente de alimentação no trocador decalor principal após ter sido fornecido calor do refervedor também é vantajosoporque abaixa o conteúdo de dióxido de carbono do vapor de topo da colunade extração e assim reduz o volume de corrente de reciclo e assim a energiarequerida para recomprimí-lo. Visto que a coluna de extração está operandoem uma temperatura menor, mais dióxido de carbono será liqüefeitoresultando em recuperação aumentada do produto de dióxido de carbono.Adicionalmente, nenhuma refrigeração externa é usada e o processo éinteiramente auto-refrigerado por expansão do líquido.

Uma corrente pobre em dióxido de carbono composta pelomenos em parte de uma corrente de topo de coluna pode ser liqüefeita em umtrocador de calor auxiliar. A corrente pobre em dióxido de carbono pode serentão introduzida em um separador de fases para produzir uma corrente devapor empobrecido em dióxido de carbono e uma corrente de líquido rico emdióxido de carbono. A corrente de líquido rico em dióxido de carbono éexpandida e introduzida juntamente com a corrente pobre em dióxido decarbono em sucessão, dentro do trocador de calor auxiliar e do trocador decalor principal causando vaporização da corrente de líquido rico em dióxidode carbono para dentro de uma corrente de vapor de dióxido de carbono, paradeste modo liqüefazer a corrente pobre em dióxido de carbono no trocador decalor auxiliar e para recuperar refrigeração da corrente de topo de coluna notrocador de calor principal. O secador pode empregar um adsorvente paraadsorver umidade dentro da corrente de alimentação e a corrente de vapor dedióxido de carbono ou a corrente pobre em dióxido de carbono pode serutilizada para pelo menos em parte regenerar o secador. Preferivelmente, acorrente de líquido rico em dióxido de carbono após vaporização é utilizadapara regenerar o secador e então é reciclada de volta para o compressor dealimentação utilizado em compressão da corrente de alimentação. Isto éparticularmente desejável pelo fato de que dióxido de carbono que estácontido em uma tal corrente é reciclado para recuperação eventual.Adicionalmente, a corrente pobre em dióxido de carbono que pode conterhidrogênio, monóxido de carbono e metano e extraída de uma fábrica dehidrogênio pode ser retornada para uma fábrica de hidrogênio paraadicionalmente recuperar produto ou para seu uso como um combustível.

A corrente de alimentação, após ter sido pelo menosparcialmente liqüefeita no trocador de calor principal, pode ser introduzidaem outro separador de fases para produzir uma corrente de fase vapor e umacorrente de fase líquida. A corrente de fase líquida pode ser introduzida nacoluna de extração para pelo menos em parte introduzir a corrente dealimentação após ter sido parcialmente liqüefeita no trocador de calorprincipal na coluna de extração. A corrente de fase vapor pode ser combinadacom a corrente de topo de coluna para formara corrente de vapor pobre emdióxido de carbono que pode ser recuperada para seu conteúdo,particularmente no caso onde contém hidrogênio, monóxido de carbono emetano. Onde a corrente pobre em dióxido de carbono não é introduzida emum separador de fases, a corrente de fase vapor pode ser combinada com umacorrente de topo de coluna para formar uma corrente de vapor pobre emdióxido de carbono que pode ser introduzida no trocador de calor principalpara recuperar refrigeração.

Vantajosamente, a corrente de produto de dióxido de carbonopode ser dividida em primeira e segunda correntes subsidiárias de produto dedióxido de carbono. Pelo menos uma das correntes subsidiárias é expandida.

Opcionalmente, ambas as primeira e segunda correntes subsidiárias dedióxido de carbonos podem ser expandidas para pressões mais altas e maisbaixas respectivamente. A primeira corrente subsidiária de produto de dióxidode carbono pode ser então introduzida em um estágio de pressão mais alta docompressor usado na formação de produto comprimido de dióxido de carbonocomprimido e a segunda corrente subsidiária de produto de dióxido decarbono pode ser introduzida na entrada do compressor. Assim, nem todo oproduto após ter sido vaporizado tem que ser comprimido em uma pressãoúnica, em vez disso uma corrente é comprimida em uma pressão menor e aoutra corrente é comprimida em uma pressão ainda maior para obter umacompressão energeticamente eficiente. Por fim, parte da corrente de dióxidode carbono que é composta de produto de fundo de coluna líquido pode comotal ser considerada como um produto.

Breve descrição dos desenhos

Embora a descrição conclua com as reivindicaçõesdistintamente realçando o tema que os requerentes consideram como suainvenção, é crido que a invenção será melhor entendida quando tomada emconexão com os desenhos acompanhantes nos quais:

Fig. 1 é um fluxograma de processo esquemático de umaparelho para realizar um método de acordo com a presente invenção;

Fig. 2 é uma modalidade alternativa de Fig. 1;

Fig. 3 é uma modalidade alternativa de Fig. 2;

Fig. 4 é uma modalidade alternativa de Fig. 2; e

Fig. 5 é uma ilustração esquemática de um secador que poderiaser usado em conexão com as modalidades ilustradas em Figs. 1, 2, 3 e 4.

Com o propósito de evitar repetição na discussão das Figuras,os mesmos números de referência têm sido usados nas Figuras para oselementos nas Figuras onde a descrição dos elementos permanece nãomodificada.

Descrição detalhada

Com referência à Fig. 1 é ilustrada um aparelho 1 que éprojetada para purificar uma corrente de alimentação contendo dióxido decarbono 10.

Corrente de alimentação de dióxido de carbono 10 écomprimida em um compressor 12 para uma pressão entre cerca de 1.034 kPa(absoluta) e cerca de 6.895 kP (absoluta). A quantidade de dióxido de carbonoque pode ser recuperada é uma função da pressão de alimentação fornecida àcaixa fria. Como pode ser reconhecido, a recuperação de dióxido de carbonopode ser aumentada pela elevação desta pressão. Contudo, tal aumento empressão resultará em custos de produção maiores. A pressão ótima portantovariará com a aplicação particular da presente invenção. Após ter sidoesfriada dentro de um sistema de refrigeração esfriado a água 14, a correntede alimentação contendo dióxido de carbono 10 é então introduzida em umseparador de fases 16 para separar água que tem sido condensada dentro dacorrente de alimentação contendo dióxido de carbono 10 em virtude de tersido esfriada em sistema de refrigeração esfriado a água 14.

É para ser observado que certas correntes de alimentaçãocontendo dióxido de carbono possuindo aplicabilidade na presente invençãoestão disponíveis em pressão alta, por exemplo, uma corrente de gás desíntese de um processo de gaseificação após ter sofrido reação dedeslocamento.Claro que, onde a corrente de alimentação estiver disponívelem pressão, ela não teria que ser comprimida e possivelmente não esfriadadependendo de sua origem.

A corrente de alimentação contendo dióxido de carbono 10 éentão introduzida em um secador 20. Secador 20 é preferivelmente umsistema de adsorção que pode conter leitos de adsorvente de peneiramolecular operando defasados para adsorver umidade e outras impurezas taiscomo hidrocarbonetos pesados que ferverão em uma temperatura mais alta doque a da corrente contendo dióxido de carbono comprimido 10. Os leitos deadsorvente de peneira molecular operam defasados de modo que à medidaque um leito está adsorvente tais impurezas de ebulição alta o outro leito estásendo regenerado. Um leito é regenerado pelo abaixamento de sua pressãoe/ou pelo aumento de sua temperatura para dessorver o componente adsorvidoe então por purga do leito com uma corrente que é pobre no componenteadsorvido. Em um sistema que emprega oscilação de temperatura, o leito éregenerado por aquecimento de uma corrente pobre no componente adsorvidoe então por introdução dela dentro do leito a ser regenerado para causardessorção e para transportar para longe os componentes dessorvidos. Estessistemas variam mas há muitos exemplos dos mesmos conhecidos que sãobem conhecidos na arte. Um exemplo específico será discutido aqui abaixo.Com relação a isto, sistemas baseados em não-adsorvente são possíveis taiscomo pelo uso de trocadores de calor reversos que são bem conhecidos naarte de destilação.

Corrente de alimentação seca resultante 22, que consiste decorrente de alimentação 10 após ter sido comprimida pelo compressor 12 eseca, é então introduzida em um trocador de calor principal 24 no qual ela éparcialmente esfriada e então introduzida em um refervedor 26 que serve paraproduzir ebulição ou iniciar uma fase vapor ascendente dentro da coluna deextração 28. Corrente de alimentação seca 22 é então de novo introduzida emtrocador de calor principal 24 no qual ela é totalmente esfriada para pelomenos parcialmente liqüefazer a corrente de alimentação seca 22. A correntede alimentação seca 22 é então introduzida em uma válvula de expansão 30para dentro da coluna de extração 28 para iniciar uma fase líquidadescendente dentro de tal coluna.

Como bem conhecida na arte, coluna de extraçãopreferivelmente possui recheio estruturado para contatar a fase vaporascendente fluindo para cima através do recheio com um filme líquidodescendente da fase líquida. Outros elementos contatando vapor-líquidoconhecidos na arte poderiam ser usados tais como bandejas perfuradas. Comoum resultado do contato, a fase líquida descendente se torna cada vez maisrica em dióxido de carbono, o componente menos volátil e a fase vaporascendente se tornam cada vez mais ricos em impurezas que possuem umavolatilidade mais alta do que a do dióxido de carbono. Assumindo que acorrente de alimentação 10 consiste de um gás de síntese, então as impurezastais como hidrogênio, monóxido de carbono e metano, todas sendo maisvoláteis do que o dióxido de carbono, serão extraídas do líquido descendentepara produzir um produto de topo de coluna pobre em dióxido de carbono eum produto de fundo de coluna líquido, rico em dióxido de carbono.

Uma corrente de topo de coluna 31 pode ser extraída da colunade extração 28 que é composta de produto topo de coluna pobre em dióxidode carbono e então introduzida em um trocador de calor auxiliar 32 de modoque a corrente de topo de dióxido de carbono 31 é pelo menos parcialmenteliqüefeita. A corrente de topo de dióxido de carbono 31 é então introduzidaem um separador de fases 34 para produzir uma corrente de vaporempobrecido em dióxido de carbono 36 e uma corrente de líquido rico emdióxido de carbono 38. Corrente de líquido rico em dióxido de carbono éexpandida dentro de uma válvula de expansão 40 e então passada junta com acorrente de vapor empobrecido em dióxido de carbono 36 para dentro dotrocador de calor auxiliar 32. Válvula de expansão 40 proporcionarefrigeração para a liquefação parcial de corrente de topo de dióxido decarbono 31.

Corrente de vapor empobrecido em dióxido de carbono 36pode ser passada no trocador de calor principal 24 e quer liberada para aatmosfera quer enviada para recuperação dependendo do valor doscomponentes que ela contém. Por exemplo, corrente de vapor empobrecidoem dióxido de carbono 36 pode estar rica em hidrogênio, monóxido decarbono e metano quando corrente de alimentação 10 for uma corrente de gásde síntese. Preferivelmente, tal corrente é retornada para a fábrica dehidrogênio da qual a corrente de gás de síntese foi gerada para recuperaçãoadicional ou para uso como um combustível. Se corrente de alimentação 10fosse obtida de um gás reciclado usado em recuperação aumentada de óleoentão a corrente de vapor empobrecido em dióxido de carbono 36predominantemente conterá metano e quantidades pequenas dehidrocarbonetos mais pesados. Preferivelmente tal corrente é enviada paraprocessamento adicional para recuperar metano e hidrocarbonetos maispesados. Se corrente de alimentação 10 fosse obtida de um gás de combustãode combustão de óxi-combustível então a corrente empobrecida em dióxidode carbono 36 conterá na maior parte oxigênio, nitrogênio e argônio e comotal, poderia ser simplesmente liberada para a atmosfera.

Corrente de líquido rico em dióxido de carbono 38 após terpassado através do trocador de calor principal 24 será vaporizada e como talpode ser usada para regenerar o secador 20, por exemplo, tal corrente pode seraquecida e então introduzida em um leito de adsorção para propósitos deregeneração e depois, reintroduzida como uma corrente de reciclo 42 em umestágio apropriado de compressor 12 para aumentar a recuperação de dióxidode carbono.

Uma corrente de produto de dióxido de carbono 44 como umlíquido pode ser extraída da coluna de extração 28 que é composta de produtode fundo de coluna rico em dióxido de carbono. A corrente de produto dedióxido de carbono pode ser então expandida em uma válvula de expansão 46para gerar refrigeração para o processo e depois, ser vaporizada dentro dotrocador de calor principal 24 e comprimida em um compressor de produto 48para produzir uma corrente de dióxido de carbono comprimida 50 como oproduto de dióxido de carbono. O compressor de produto 48 poderia ser umcompressor de multi-estágios com esfriamento de inter-estágios. É para serobservado, que, embora não ilustrado, um pouco do produto de dióxido decarbono poderia ser tomado como um líquido da corrente de produto dedióxido de carbono 44.

Com referência à Fig. 2, um aparelho 1A é ilustrado. Nestamodalidade particular da presente invenção, corrente de produto de dióxidode carbono 44 não é expandida na mesma pressão e vantajosamente, édividida em correntes subsidiárias 52 e 54 e pelo menos a corrente subsidiária52 é expandida para pressão menor pelo uso de válvula de expansão 56,opcionalmente com correntes 52 e 54 são simultaneamente expandidas parapressões menores e maiores pelo uso de válvulas de expansão 56 e 58,respectivamente possuindo orifícios diferentes para tais propósitos. Ambascorrentes subsidiárias 52 e 54 são então vaporizadas em trocador de calorprincipal 24. A corrente subsidiária de pressão mais baixa resultante 52 éintroduzida na entrada do compressor de produto 48. A corrente subsidiária depressão mais alta 54 é introduzida em um estágio intermediário docompressor de produto 48.Com referência à Fig. 3, um aparelho IB é ilustrado. Nestamodalidade da presente invenção, corrente de topo de coluna 31 pode sersimplesmente passada no trocador de calor principal 24. Como nasmodalidades separadas, esta recupera refrigeração da corrente de topo decoluna 30. Corrente de topo de coluna 31 sendo pobre em água pode ser entãopassada através do secador 20 e quer liberada para atmosfera querpossivelmente recuperada como nas modalidades anteriores.

Com referência à Fig. 4, um aparelho IC de acordo com apresente invenção é ilustrado. Em tal aparelho, a corrente de alimentação seca22 após ter sido totalmente esfriada e expandida pela válvula de expansão 30pode ser introduzida em um separador de fases 60 para produzir uma correntede fase vapor 62 e uma corrente de fase líquida 64. Corrente de fase líquida64 é introduzida em coluna de extração 28 para produzir o produto de fundode coluna contendo dióxido de carbono e corrente de fase vapor 62 pode ser combinada com corrente de topo de coluna 31 e processada dentro dotrocador de calor auxiliar 32 como descrito em conexão com a modalidade dainvenção descrita com respeito à Fig. 1. Separador de fases 60 poderia serusado em qualquer modalidade da presente invenção.

Outras variações também são possíveis. Por exemplo, corrente36 em aparelho 1, IA e 1C4 ou corrente 31 em aparelho IB pode serexpandida após ter sido aquecida no trocador de calor principal ou após tersido adicionalmente aquecida para recuperação de energia de pressão comoenergia elétrica.

Para minimizas a quantidade de umidade recuperada pelosecador 20, corrente de alimentação comprimida pode ser primeiro esfriadano trocador de calor principal 24 para cerca de 10°C para condensar maiságua e separar água em um separador de fases e então ser alimentada aosecador 20. A corrente seca é alimentada ao trocador de calor principal emlocalização apropriada e processada como descrito acima.Com referência à Fig. 5, é ilustrada uma modalidade desecador 20 que poderia ser usada em conexão com todas as modalidadesdescritas acima. Secador 20 possui dois leitos 100 e 104 contendo umadsorvente de alumina. Quando leito 100 está em linha adsorvendo umidade5 da corrente de alimentação 10, válvulas 106 e 108 estão abertas. Válvulas 110e 112 são fechadas. Em tal momento, leito 104 está sendo regenerado, paratais propósitos, leito 104 é submetido à despressurização, aquecimento paradessorver a mistura previamente adsorvida, esfriamento e entãorepressurização para trazer o leito 104 de volta para em linha e adsorção.

Durante despressurização válvula de desvio 114 do secador éajustada na posição aberta e corrente de líquido rico em dióxido de carbonovaporizado 38 usada para a regeneração desviada de leito 104 e flui paracompressor 12 após ter sido esfriada em esfriador 119. Válvula 116 é ajustadaem uma posição aberta permitindo que o leito 104 despressurize. Após o leito104 ser despressurizado, válvula 114 fecha e válvulas 116, 117 e 118 abrempermitindo que a corrente de líquido rico em dióxido de carbono vaporizado38 passe através de um aquecedor 120 para aquecer a corrente de líquido ricoem dióxido de carbono vaporizada 38 para uma temperatura de entre cerca de149°C e 316°C, passe através de leito 102 e seja descarregada para ocompressor 12 após ter sido passada através do esfriador 119. Isto faz comque umidade seja dessorvida do adsorvente dentro do leito 102. Leito 104 éentão esfriado por abertura da válvula de desvio de aquecedor 126 efechamento da válvula de regeneração 118. Após esfriamento, a válvula dedesvio de aquecedor 126 e válvulas 116 e 117 são fechadas e válvula dedesvio de secador 114 abre. Neste momento, válvula 128 é aberta permitindoque um pouco da corrente de alimentação 10 entre no leito 104 parapropósitos de repressurização. Uma vez repressurizada, válvulas 106 e 108são ajustadas em uma posição fechada e válvulas 128 e 130 são ajustadas emposições abertas permitindo que leito 102 seja trazido de volta para em linha eleito 102 seja regenerado na mesma maneira que o leito 104 e com o uso deválvulas 110 e 112. O processo é contínuo e permite fluxo contínuo.

A seguir são exemplos calculados da aplicação da presenteinvenção para o tratamento de várias correntes.

Exemplo 1

No seguinte exemplo, corrente de alimentação 10 é um gásreciclado de uma instalação de recuperação aumentada de óleo com o objetivode remover metano e nitrogênio de tal corrente reciclada antes de serreinjetada no campo de óleo. A modalidade ilustrada em Fig. 1 foi usada parapropósitos deste Exemplo. O nível de metano alvo neste exemplo é 100 ppmno dióxido de carbono recuperado e a recuperação foi de cerca de 93,5porcento em volume. Como um resultado de purificação, componentesindesejáveis para recuperação aumentada de óleo, tais como metano enitrogênio foram removidos, enquanto que hidrocarbonetos C(2)+ foramgrandemente retidos na corrente de dióxido de carbono reciclada. A pressãode corrente de dióxido de carbono comprimida 50 pode ser ajustadadependendo do requerimento de pressão de reservatório para reinjeção dodióxido de carbono. A corrente empobrecida em dióxido de carbono 36contendo metano e outros hidrocarbonetos pode ser enviada paraprocessamento adicional para recuperar gás natural para venda. Resultadostabulares para este exemplo são dados em Tabela 2.

Tabela 1

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Em Tabela 1, as propriedades físicas de corrente dealimentação seca 22 são dadas antes de tal corrente entrar no trocador de calorprincipal 24. Em relação a isto, após ter sido parcialmente esfriada dentro dotrocador de calor principal 24, a temperatura de corrente de alimentação seca22 é cerca de -22°C; após passagem através do refervedor 26, a temperaturade corrente de alimentação seca 22 é cerca de -23°C; após ter sido totalmenteesfriada dentro do trocador de calor principal 24, a temperatura de corrente dealimentação seca 22 é cerca de -29°C; e após ter passado através de válvula deexpansão 30, a temperatura de corrente de vapor empobrecido em dióxido decarbono 30 e de corrente de alimentação seca 22 é cerca de -33°C e correntede alimentação seca 22 possui uma pressão de cerca de 1.724 kPa (absoluta).

Adicionalmente, o estado físico de corrente 44 é dado após sua descarga dotrocador de calor principal 24 e antes de ser comprimida. Igualmente, osestados físicos de corrente empobrecida em dióxido de carbono 36 e decorrente de líquido rico em dióxido de carbono 38 são dados após teremsido descarregadas da extremidade quente do trocador de calor principal24 e como tal corrente de líquido rico em dióxido de carbono tem sidovaporizada.

Exemplo 2

Neste exemplo, o objetivo é remover oxigênio, nitrogênio eargônio da corrente de alimentação 10, que neste caso é formada de gás decombustão da combustão de óxi-combustível, para produzir corrente dedióxido de carbono purificado para EOR ou seqüestro. E preferida a reduçãoda concentração de oxigênio para 10 ppm ou menor e que foi usada como aespecificação para purificação. A modalidade mostrada em Fig. 2 foi utilizadae foi obtida a recuperação de dióxido de carbono de cerca de 86,5 porcentoem uma base em volume. A corrente empobrecida em dióxido de carbono 36pode ser aquecida e então expandida para recuperação de energia antes de serliberada para a atmosfera. Resultados tabulares são dados na seguinte Tabela 2.Tabela 2

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Em Tabela 2, as propriedades físicas de corrente dealimentação seca 22 são dadas antes de tal corrente entrar no trocador de calorprincipal 24. Com relação a isto, após ter sido parcialmente esfriada dentro dotrocador de calor principal 24, a temperatura de corrente de alimentação seca22 é cerca de 1,7°C; após passagem através do refervedor 26, a temperaturade corrente de alimentação seca 22 é cerca de -4,4°C; após ter sido totalmenteesfriada dentro do trocador de calor principal 24, a temperatura de corrente dealimentação seca 22 é cerca de -32°C; e após ter passado através da válvula deexpansão 30, a temperatura de corrente de vapor empobrecido em dióxido decarbono 30 e de corrente de alimentação seca 22 é cerca de -39°C e correntede alimentação seca 22 possui uma pressão de cerca de 2.965 kPa (absoluta).

Adicionalmente, os estados físicos de correntes subsidiárias 52 e 54 são dadosapós sua descarga do trocador de calor principal 24 e antes de seremcomprimidas. Igualmente, os estados físicos da corrente empobrecida emdióxido de carbono 36 e da corrente de líquido rico em dióxido de carbono 38são dados após terem sido descarregadas da extremidade quente do trocadorde calor principal 24 e como tal corrente de líquido rico em dióxido decarbono tem sido vaporizada.

Embora a invenção tenha sido descrita com respeito àsmodalidades preferidas, ocorrerá para aqueles pessoas experientes na arte, quenumerosas mudanças, adições e omissões podem ser feitas sem se desviaremdo espírito e do escopo da presente invenção.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Método para purificar uma corrente de alimentaçãocontendo dióxido de carbono para obter um produto de dióxido de carbono,caracterizado pelo fato de compreender: secar uma corrente de alimentação possuindo uma pressãosuperatmosférica, em parte com o uso de um secador;parcialmente esfriar a corrente de alimentação após ter sidoseca em um trocador de calor principal;reevaporar uma coluna de extração com a corrente de alimentação após ter sido parcialmente esfriada para adicionalmente esfriar acorrente de alimentação e para iniciar a formação de uma fase vaporascendente dentro da coluna de extração;adicionalmente esfriar a corrente de alimentação no trocador decalor principal para pelo menos parcialmente liqüefazer a corrente de alimentação; expandir a corrente de alimentação após ter sido pelo menosparcialmente liqüefeita para uma pressão operacional da coluna de extraçãoque é menor do que aquela da corrente de alimentação, para deste modoabaixar a temperatura de reevaporação na qual a coluna de extração reevaporapara um nível que está abaixo da temperatura da corrente de alimentação temperatura após ter sido parcialmente esfriada;introduzir pelo menos parte da corrente de alimentação dentro dacoluna de extração após ter sido expandida para iniciar uma fase líquida descendente;contatar a fase líquida descendente com a fase vaporascendente dentro da coluna de extração para extrair impurezas da fase líquida descendente e para deste modo produzir um produto de topo de colunapobre em dióxido de carbono e um produto de fundo de coluna líquido, ricoem dióxido de carbono;utilizar uma corrente de topo de coluna composta de produtode topo de coluna pobre em dióxido de carbono para recuperar refrigeração notrocador de calor principal;expandir uma corrente de produto de dióxido de carbonocomposta de produto de fundo de coluna líquido, rico em dióxido de carbonopelo menos em uma pressão para gerar a refrigeração;vaporizar a corrente de produto de dióxido de carbono notrocador de calor principal; ecomprimir a corrente de produto de dióxido de carbono em umcompressor para obter uma corrente de dióxido de carbono comprimida comopelo menos parte do produto de dióxido de carbono.

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de compreender:pelo menos parcialmente liqüefazer uma corrente pobre emdióxido de carbono composta pelo menos em parte da corrente de topo decoluna em um trocador de calor auxiliar;introduzir a corrente pobre em dióxido de carbono em umseparador de fases para produzir uma corrente de vapor empobrecido emdióxido de carbono e uma corrente de líquido rico em dióxido de carbono;expandir a corrente de líquido rico em dióxido de carbono; eintroduzir a corrente de líquido rico em dióxido de carbonoapós ter sido expandida e a corrente pobre em dióxido de carbono emsucessão, para dentro do trocador de calor auxiliar e do trocador de calorprincipal causando vaporização da corrente de líquido rico em dióxido decarbono para dentro de uma corrente de vapor de dióxido de carbono, paradeste modo pelo menos parcialmente liqüefazer a corrente pobre em dióxidode carbono no trocador de calor auxiliar e para recuperar a refrigeração dacorrente de topo de coluna no trocador de calor principal.

3. Método de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelofato de que o secador emprega um adsorvente para adsorver umidade dentroda corrente de alimentação e a corrente de vapor de dióxido de carbono ou acorrente pobre em dióxido de carbono é utilizada pelo menos em parte pararegenerar o secador.

4. Método de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelofato de que a corrente de vapor de dióxido de carbono é utilizada pararegenerar o secador e é então reciclada de volta para um compressor dealimentação utilizado em compressão da corrente de alimentação.

5. Método de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelofato de que:a corrente de alimentação após ter sido pelo menosparcialmente liqüefeita no trocador de calor principal é introduzida em outroseparador de fases para produzir uma corrente de fase vapor e uma correntede fase líquida;a corrente de fase líquida é introduzida na coluna de extraçãopara pelo menos em parte introduzir a corrente de alimentação após ter sidopelo menos parcialmente liqüefeita no trocador de calor principal para dentroda coluna de extração; ea corrente de fase vapor é combinada com a corrente de topode coluna para formar a corrente de vapor pobre em dióxido de carbono.

6. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de que:a corrente de alimentação após ter sido pelo menosparcialmente liqüefeita no trocador de calor principal é introduzida em outroseparador de fases para produzir uma corrente de fase vapor e uma correntede fase líquida;a corrente de fase líquida é introduzida na coluna de extraçãopara pelo menos em parte introduzir a corrente de alimentação após ter sidopelo menos parcialmente liqüefeita no trocador de calor principal para dentroda coluna de extração;a corrente de fase vapor é combinada com a corrente de topode coluna para formar uma corrente de vapor pobre em dióxido de carbono; ea corrente de vapor pobre em dióxido de carbono é introduzidano trocador de calor principal para recuperar refrigeração.

7. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de que:a corrente de produto de dióxido de carbono é dividida emprimeira e segunda correntes subsidiárias de produto de dióxido de carbono;as primeira e segunda correntes subsidiárias de produto dedióxido de carbono são expandidas para pressões mais alta e mais baixa,respectivamente;a primeira corrente subsidiária de produto de dióxido decarbono é introduzida em um estágio de pressão mais alta de um compressorusado na formação de produto comprimido de dióxido de carbono; ea segunda corrente subsidiária de produto de dióxido decarbono é introduzida em uma entrada do compressor.

8. Método de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelofato de que:a corrente de produto de dióxido de carbono é dividida emprimeira e segunda correntes subsidiárias de produto de dióxido de carbono;as primeira e segunda correntes subsidiárias de produto dedióxido de carbono são expandidas para pressões mais alta e mais baixa,respectivamente;a primeira corrente subsidiária de produto de dióxido decarbono é introduzida em um estágio de pressão mais alta de um compressorusado na formação de produto comprimido de dióxido de carbono; ea segunda corrente subsidiária de produto de dióxido decarbono é introduzida em uma entrada do compressor.

9. Método de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelofato de que:a corrente de produto de dióxido de carbono é dividida emprimeira e segunda correntes subsidiárias de produto de dióxido de carbono;as primeira e segunda correntes subsidiárias de produto dedióxido de carbono são expandidas para pressões mais alta e mais baixa,respectivamente;a primeira corrente subsidiária de produto de dióxido decarbono é introduzida em um estágio de pressão mais alta de um compressorusado na formação de produto comprimido de dióxido de carbono; ea segunda corrente subsidiária de produto de dióxido decarbono é introduzida em uma entrada do compressor.

10. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que a corrente de topo de coluna de dióxido de carbono éintroduzida no trocador de calor principal para recuperar refrigeração e édepois utilizada para regenerar o secador.

11. Método de acordo com a reivindicação 10, caracterizadopelo fato de que:a corrente de produto de dióxido de carbono é dividida emprimeira e segunda correntes subsidiárias de produto de dióxido de carbono;as primeira e segunda correntes subsidiárias de produto de dióxidode carbono são expandidas para pressões mais alta e mais baixa, respectivamente;a primeira corrente subsidiária de produto de dióxido decarbono é introduzida em um estágio de pressão mais alta de um compressorusado na formação de produto comprimido de dióxido de carbono; ea segunda corrente subsidiária de produto de dióxido decarbono é introduzida em uma entrada do compressor.

12. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que parte da corrente do produto de fundo de coluna líquido, ricoem dióxido de carbono também é retirado como um produto de dióxido decarbono líquido.