BRPI0902758A2 - processo, e, sistema para a redução do teor de contaminantes de gás de sìntese - Google Patents
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Abstract
PROCESSO, E, SISTEMA PARA A REDUçãO DO TEOR DE CONTAMINANTES DE GáS DE SìNTESE. Processo para a redução do teor de sulfeto de carbonila, dissulfeto de carbono, compostos de carbonila metálica, sulfeto de hidrogénio e cianeto de hidrogênio, amónia e compostos de arsénico e de cloro de um gás de alimentação compreendendo as etapas de contatar o gás, em sucessão, com um primeiro agente de purificação compreendendo carbono ativado, com um segundo agente de purificação compreendendo alumina, com um terceiro agente de purificação compreendendo óxido de zinco, com um quarto agente de purificação compreendendo um material zeolítico e um quinto agente de purificação compreendendo óxido de zinco e óxido de cobre.
Description
"PROCESSO, E, SISTEMA PARA A REDUÇÃO DO TEOR DECONTAMINANTES DE GÁS DE SÍNTESE"
A presente invenção refere-se a um processo e a um sistema paraa redução do teor de impurezas estando contidas em corrente de gás,particularmente uma corrente de gás sendo rica em hidrogênio e monóxido decarbono.
O gás rico em hidrogênio e monóxido de carbono é comumenteconhecido como gás de síntese. O gás de síntese é uma carga de alimentaçãoutilizável para a preparação de produtos químicos, incluindo metanol, éterdimetílico, amônia ou a síntese de Fischer-Tropsch.
A preparação de gás de síntese a partir de várias fontes, como gásnatural e nafta, por reforma a vapor, é bem conhecida na técnica.Ultimamente, a preparação de gás de síntese por meio de gaseificação decombustíveis sólidos e líquidos, como carvão, coque de petróleo, biomassa, erefugo de vários tipos, tem alcançado aumentado interesse devido àdisponibilidade decrescente de fontes de gás natural e hidrocarboneto líquido.
Um problema com o uso de gás de síntese preparado porgaseificação é o teor relativamente elevado de impurezas, que tem um efeitovenenoso sobre os catalisadores particulares sendo empregados em umaconversão subseqüente do gás aos produtos químicos.
Os contaminantes venenosos compreendem principalmentecompostos sulfurosos, particularmente sulfeto de carbonila, carbonilasmetálicas, dissulfeto de carbono e sulfeto de hidrogênio junto com cianeto dehidrogênio, amônia e compostos de cloro. Estes compostos envenenam oscatalisadores com, por exemplo, cobre ou zinco ou zeólitos como o materialativo catalítico em um modo irreversível por formação de sulfetos de metal,cianetos, arsenídeos e cloros.
Para evitar sério envenenamento dos catalisadores a jusante, oconteúdo dos contaminantes no gás de síntese precisa ser substancialmentereduzido a uma faixa de ppb baixa, preferivelmente abaixo de 10 ppb.
As quantidades principais de sulfeto de hidrogênio no gás desíntese são, em processos industriais, convencionalmente reduzidas até a faixade ppm por processos de lavagem com solventes químicos ou físicos,compreendendo o processo conhecido Selexol e Rectisol usando compostosorgânicos como solventes físicos ou processos de lavagem com aminaempregando alcanol aminas como solventes químicos, como o processo commonoetanol amina (MEA) e com metildietanol amina (MDEA).
A redução de quantidades de traço de compostos sulfurosos dascorrentes de gás é também conhecida na técnica.
EP 320979A2 descreve a dessulfurização de uma corrente dehidrocarboneto para um teor de enxofre abaixo de 5 ppb por emprego de umagente dessulfurizante cobre-zinco.
O uso de espinélios de cromo, ferro, cobalto, cobre, cádmio,mercúrio ou zinco alumina como sorvente para a remoção de sulfeto de hidrogênio é conhecido de US 4263020.
Remoção de sulfeto de carbonila, sulfeto de hidrogênio e cianetode hidrogênio de uma corrente de gás de síntese a menos do que 2 ppb em umleito de guarda único com material à base de oxido ferro é discutida em WO2007/093225. Este documento ainda descreve a redução de quantidades decianeto de hidrogênio, sulfeto de hidrogênio e amônia ou por tratamentosimultâneo ou em série com oxido de zinco.
A técnica anterior não ensina a remoção completa de todas asimpurezas em uma corrente de gás de alimentação sendo um veneno decatalisador em um processo catalítico subsequente para a conversão do gás dealimentação em produtos químicos.
O objeto principal desta invenção é, assim, tornar disponível umprocesso e um sistema para a remoção de quantidades de traço de um espectrogrande de impurezas em uma corrente de gás de alimentação, cujas impurezassão venenosas para as composições de catalisador a jusante.
De acordo com o objeto principal, esta invenção prove umprocesso para a redução do teor de sulfeto de carbonila, carbonilas metálicas,dissulfeto de carbono, sulfeto de hidrogênio, cianeto de hidrogênio, amônia ecompostos arsênico e de cloro a partir de um gás de alimentaçãocompreendendo as etapas de:
contatar o gás em sucessão com um primeiro agente depurificação compreendendo carbono ativo, com um segundo agente depurificação compreendendo alumina, com um terceiro agente de purificaçãocompreendendo oxido de zinco, com um quarto agente de purificaçãocompreendendo um material zeolítico e um quinto agente de purificaçãocompreendendo oxido de zinco e oxido de cobre .
O carbono ativo é requerido para remover uma parte doscompostos venenosos por adsorção do gás de alimentação antes do contatocom a alumina contendo o agente de purificação. Isto é vantajoso de váriosmodos. O carbono ativo é um material relativamente barato e o material gastopode ser prontamente substituído por material de carbono ativo novo. Asorção de sulfeto de hidrogênio e amônia irá levar o equilíbrio das reações dehidrólise ocorrendo sobre o segundo leito:
(1) COS + H20 = C02 + H2S
(2) CS2 + 2H20 = C02 + H2S
(3) HCN + H20 = CO + NH3
para a direita, assim melhorando a eficiência dos reatores. A adsorção doscompostos carbonila sobre o carbonato ativo economiza mais material caropara a remoção de sulfeto de hidrogênio e arsênico nos leitos posteriores como agente de purificação contendo oxido de zinco. Além disso, a absorçãoparcial de cloro minimiza o uso de absorvente específico nos leitosposteriores.
No segundo leito, sulfeto de carbonila, dissulfeto de carbono ecianeto de hidrogênio são hidrolisados em sulfeto de hidrogênio e amônia,respectivamente sobre alumina pelas reações de equilíbrio (1) a (3).
Sulfeto de hidrogênio sendo formado pelas reações acima deveser removido no leito subsequente com o oxido de zinco
Além da hidrólise dos compostos cianeto e carbonila, oscompostos de cloro também estando presentes no gás de alimentação, sãoabsorvidos pelo agente de purificação contendo alumina.
O efluente hidrolisado do segundo agente de purificação épassado para o terceiro agente de purificação contendo zinco para a remoçãode sulfeto de hidrogênio estando presente no gás de alimentação para oprocesso e tendo sido formado durante a hidrólise no tratamento acima, comodiscutido acima. Além da absorção de hidrogênio, o agente de purificaçãocontendo oxido de zinco ainda contém quantidades de sulfeto de carbonila,que não foram hidrolisadas pela reação de equilíbrio acima mostrada (1).
Quantidades de amônia estando contidas no gás de alimentaçãona entrada para o primeiro agente de purificação e sendo formadas em reação(3) por contato com o segundo agente de purificação são adsorvidas porcontato com o quarto agente de purificação contendo material zeolítico. Emgeral, todos os zeólitos ácidos são apropriados na redução dos teores deamônia, incluindo os zeólitos de ocorrência natural, como mordenita eclinoptilolita e zeólitos sintetizados como ZSM-20, ZSM-5 e Y-zeólito.
Compostos arsênicos no gás de alimentação são capturados peloquinto agente de purificação por formação de Cu3As e Zn3As2.
Além dos compostos metálicos acima descritos, os agentes depurificação podem ser promovidos com outros compostos. Assim, prefere-seincluir entre 1 e 40% em peso de carbonato de potássio no Segundo agente. Oterceiro agente pode conter até 20% em peso de alumina e o quinto agentepode conter até 15% em peso de alumina.
Como já mencionado aqui acima, o processo da invenção éprojetado para a redução do teor de quantidades de traço de impurezasvenenosas em um gás de síntese. Para esta finalidade, deve ser notado que"redução do teor" de acordo com a invenção significa uma redução daquantidade de impurezas da região de ppm no gás de alimentação na entradapara o primeiro agente de purificação até a região de menor ppm na saída doquinto agente de purificação.
A remoção da parte principal de, por exemplo, compostossulfurosos, como sulfeto de hidrogênio, pode ser realizada, no processo deacordo com a invenção, por meio de uma lavagem convencional do gás dealimentação com um solvente químico ou físico a montante do primeiroagente de purificação.
Os agentes de purificação são preferivelmente dispostos comoum leito fixo. No caso de purificação adsortiva, como com leitos número 1, 3e 4, o agente pode ser disposto em dois leitos paralelos. Isto permite aregeneração do agente gasto por dessorção das impurezas ou substituição doagente gasto com agente novo, sem interrupção do processo de purificação.
Regeneração dos agentes de purificação gastos pode ser realizadapor aquecimento, reação química, ou por simples substituição.
A invenção ainda prove um sistema para a redução do teor decontaminantes de gás de síntese compreendendo, em sucessão, um primeiroleito com um agente de purificação compreendendo carbono ativado, umsegundo leito com um agente de purificação compreendendo alumina, umterceiro leito com um agente de purificação compreendendo oxido de zinco,um quarto leito com um agente de purificação compreendendo um materialzeolítico e um quinto leito com agente de purificação compreendendo oxidode zinco e oxido de cobre .
A função dos vários agentes de purificação do sistema e o teordos promotores opcionais contidos em cada agente já foram descritos acima.
No sistema de acordo com a invenção, o primeiro, terceiro equarto leitos podem ser duplicados na forma de dois leitos paralelos.
O processo e o sistema de acordo com a invenção sãopreferivelmente operados a uma temperatura de entre 200 e 250°C, e umapressão de entre 15 e 140 bars, com a exceção do primeiro agente depurificação no primeiro leito, que é preferivelmente operado a umatemperatura de entre 20 e 260°C, e a uma pressão de até 140 bars.
Claims (12)
1. Processo para a redução do teor de sulfeto de carbonila,dissulfeto de carbono, compostos de carbonila metálica, sulfeto de hidrogênioe cianeto de hidrogênio, amônia e compostos arsênicos e de cloro de um gásde alimentação, caracterizado pelo fato de compreender as etapas decontatar o gás, em sucessão, com um primeiro agente depurificação compreendendo carbono ativado, com um segundo agente depurificação compreendendo alumina, com um terceiro agente de purificaçãocompreendendo oxido de zinco, com um quarto agente de purificaçãocompreendendo um material zeolítico e um quinto agente de purificaçãocompreendendo oxido de zinco e oxido de cobre.
2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de que o segundo agente de purificação ainda compreende um carbonatode potássio.
3. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de que o terceiro agente de purificação ainda compreende oxido de cobre.
4. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de que o quarto agente de purificação consiste de um zeólito ácido.
5. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de que o quinto agente de purificação ainda compreende alumina.
6. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicaçõesprecedentes, caracterizado pelo fato de ainda compreender uma etapa delavagem com um solvente químico ou físico antes de contatar o gás com oprimeiro agente de purificação
7. Sistema para a redução do teor de contaminantes de gás desíntese, caracterizado pelo fato de compreender, em sucessão, um primeiroleito com um agente de purificação compreendendo carbono ativado, umsegundo leito com um agente de purificação compreendendo alumina, umterceiro leito com um agente de purificação compreendendo oxido de zinco,um quarto leito com um agente de purificação compreendendo um materialzeolítico e um quinto leito com agente de purificação compreendendo oxidode zinco e oxido de cobre .
8. Sistema de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelofato de que o segundo agente de purificação ainda compreende um carbonatode potássio.
9. Sistema de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelofato de que o terceiro agente de purificação ainda compreende oxido de cobre.
10. Sistema de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelofato de que o quarto agente de purificação consiste de um zeólito ácido.
11. Sistema de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelofato de que o quinto agente de purificação ainda compreende alumina.
12. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicaçõesprecedentes, caracterizado pelo fato de que pelo menos o primeiro, terceiro equarto leitos são dispostos em dois leitos paralelos.
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| B16A | Patent or certificate of addition of invention granted [chapter 16.1 patent gazette] | ||
| B21F | Lapse acc. art. 78, item iv - on non-payment of the annual fees in time |
Free format text: REFERENTE A 11A ANUIDADE. |
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| B24J | Lapse because of non-payment of annual fees (definitively: art 78 iv lpi, resolution 113/2013 art. 12) |
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