BRPI0805258A2 - processo para purificar uma corrente de alimentação de gás natural - Google Patents

Abstract

PROCESSO PARA PURIFICAR UMA CORRENTE DE ALIMENTAçãO DE GáS NATURAL. Esta invenção refere-se ao uso de um adsorvente de óxido de cobre para remover mercúrio de uma corrente de. Quando a corrente de alimentação é baixa em conteúdo de enxofre, um agente de sulfetação tal como sulfeto de hidrogênio deve ser adicionado na corrente de alimentação.

Description

"PROCESSO PARA PURIFICAR UMA CORRENTE DE ALIMENTAÇÃODE GÁS NATURAL"

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

A presente invenção refere-se à remoção de contaminantes degases e líquidos de hidrocarbonetos. Mais particularmente, a invenção refere-se ao uso de adsorvente de oxido de cobre para remover enxofre e mercúriode correntes de gás natural.

Correntes de fluido, tais como líquidos e gases dehidrocarbonetos, tal como gás natural, estão muitas vezes contaminadas comcompostos de enxofre e outros contaminantes tal como mercúrio. Sulfetos demetal suportados tal como sulfeto de cobre CuS são eliminadores conhecidospara mercúrio de fluidos. Por exemplo, US 4.094.777 descreve uma massasólida que contém um suporte e cobre sulfetado como absorvente paramercúrio de um gás ou um líquido. Materiais baseados em CuS para remoçãode Hg são oferecidos pela Axens, JMC e outras para aplicações em indústriade hidrocarboneto e gás natural. Contudo, há uma necessidade porabsorventes de mercúrio mais eficientes, especialmente no caso de correnteslivres de enxofre e na presença de agentes redutores tal como hidrogênio naalimentação.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

A presente invenção proporciona um processo para purificaruma corrente de alimentação de gás natural contendo pelo menos umcontaminante de enxofre e pelo menos um contaminante de mercúrio pelapassagem da corrente de alimentação através de um leito adsorventecompreendendo um sorvente de oxido de metal sobre um suporte. Oxido decobre é o sorvente preferido.

A invenção usa óxidos de metal tal como oxido de cobresuportados sobre um suporte de alumina com área superficial BET altaenquanto que um composto de enxofre, preferivelmente sulfeto de hidrogênioestiver sendo constantemente misturado na alimentação a ser purificada emuma concentração que ultrapassa a concentração de Hg na alimentação porum fato de pelo menos 3. Isto melhora sobremaneira a remoção de mercúriopelo aumento da força motriz para o processo pela produção in situ deintermediários de sulfeto de cobre necessários para ligar o mercúrio enquantosuprime as reações competitivas com os componentes da alimentação quelevam às fases de cobre que não são adequadas para remoção de Hg.

DESCRIÇÃO DETALHADA

Um modo preferido para praticar a invenção é assegurar quecompostos de enxofre que podem facilmente reagir com CuO estejampresentes na corrente de alimentação contendo Hg enquanto a corrente passaatravés do sorvente de remoção de Hg. O sorvente contém oxido cúprico -CuO sobre um suporte de área superficial alta.

Um método preferido para preparar o sorvente inicia comcarbonates de cobre básicos tal como CuC03.Cu(OH)2 que podem serproduzidos por precipitação de sais de cobre, tais como Cu(NO)3, CuS04 eCuCl2, com carbonato de sódio. Dependendo das condições usadas, eespecialmente da lavagem do precipitado resultante, o material final podeconter algum produto residual do processo de precipitação. No caso damatéria-prima CuCl2, cloreto de sódio é o subproduto do processo deprecipitação. Tem sido determinado que um carbonato de cobre básicocomercialmente disponível que tinha ambos cloreto e sódio residuais, exibiaestabilidade mais baixa ao aquecimento e resistência melhorada à redução doque outro BCC comercial que estava praticamente livre de cloro.

Em algumas modalidades da presente invenção, aglomeradossão formados compreendendo um material de suporte tal como alumina,oxido de cobre e sal de haleto. A alumina é está tipicamente presente naforma de alumina de transição que compreende uma mistura de fases dealumina insatisfatoriamente cristalinas tais como "rho", "chi" e "pseudogama" aluminas que são capazes de reidratação rápida e podem reterquantidade substancial de água em uma forma reativa. Um hidróxido dealumínio Al(OH)3, tal como Gibbsita, é uma fonte para preparação de aluminade transição. O processo industrial típico para produção de alumina detransição inclui moagem de Gibbsita para tamanho de partícula de 1-20micrômetros seguida por calcinação rápida por um tempo de contato curtocomo descrito na literatura de patente tal como em US 2.915.365. Hidróxidode alumínio e outros hidróxidos cristalinos minerais naturalmente ocorrentese.g. Bayerita e Nordstrandita ou monóxido hidróxidos (AlOOH) tais comoBoehmita e Diaspore também podem ser usados como uma fonte de aluminade transição. Nos experimentos realizados em redução para praticar a presenteinvenção, a alumina de transição era fornecida pela fábrica UOP LLC emBaton Rouge, Louisiana. A área superficial BET deste material de aluminatransição é de 300 m2/g e o diâmetro de poro médio é de 3,0 nanômetrosconforme detenninado por adsorção de nitrogênio.

Tipicamente, um oxi-sal sólido de um metal de transição éusado como um componente do material compósito. "Oxi-sal", por definição,refere-se a qualquer sal de um oxiácido. Algumas vezes esta definição éampliada para "um sal contendo oxigênio bem como um dado ânion". FeOCl,por exemplo, é considerado como um oxi-sal de acordo com esta invenção.Para o propósito dos exemplos apresentados da presente invenção, usamoscarbonato de cobre básico (BCC), CuC03.Cu(OH)2 que é uma forma sintéticado mineral malaquita, produzido por Phibro Tech, Ridgefield Park, NewJersey. O tamanho de partícula das partículas de BCC está aproximadamentedentro da faixa de 1-20 micrômetros. Outro oxi-sal útil seria Azurita -Cu3(C03)2(OH)2. Geralmente, oxi-sais de cobre, níquel, ferro, manganês,cobalto, zinco ou de uma mistura de elementos podem ser usados comsucesso.

Um sorvente de oxido de cobre é produzido pela combinaçãode um aditivo de haleto inorgânico com um carbonato de cobre básico paraproduzir uma mistura e então a mistura é calcinada por um período de temposuficiente para decompor o carbonato de cobre básico. Os haletos inorgânicospreferidos são cloreto de sódio, cloreto de potássio ou suas misturas. Sais debrometo também são efetivos. O conteúdo de cloreto no sorvente de oxido decobre pode variar de 0,05 a 2,5% em massa e preferivelmente é de 0,3 a 1,2%em massa. Várias formas de carbonato de cobre básico podem ser usadas comuma forma preferida sendo malaquita sintética, CuC03Cu(OH)2.

O sorvente de oxido de cobre que contém os sais de haletoexibe uma resistência mais alta à redução do que um sorvente similar que épreparado sem o sal de haleto. O haleto preferido é um cloreto. Podem serpreparadas outras formas de preparar um adsorvente contendo oxido de metalas quais são conhecidas por aqueles pessoas experientes na técnica.

O material de suporte que é usado pode ser selecionado dogrupo consistindo de carbono, carbono ativado, coque, sílica, aluminas, sílica-aluminas, silicatos, aluminatos e sílico-aluminatos tais como zeólitas.Preferivelmente o suporte é escolhido do grupo consistindo de sílica,aluminas, sílica-aluminas, silicatos, aluminas e sílico-aluminatos e é usadapreferivelmente alumina.

É calculado que a força motriz para remoção de Hg aumentatremendamente quando a reação de remoção de Hg combina com a reação desulfetação de CuO para produzir o produto final HgS. A seguinte tabela lista ologaritmo das constantes de equilíbrio envolvidas no processo de remoção.

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Pode ser visto que a reação 2CuO + Hg(g) + 2H2S(g) = HgS +Cu2S + 2H20(g) é a opção mais preferida. Esta reação também garante aconcentração mais baixa de Hg na fase gasosa em equilíbrio com o materialsorvente.

O sorvente contém entre 5 e 65% de CuO, preferivelmenteentre 10 e 40%. Pode ser produzido pelos modos comuns de impregnação ouco-nodulização, por exemplo. Alumina é o suporte preferido enquanto que aárea superficial BET do material compósito ultrapassa preferivelmente 200m2/g.

O uso do adsorvente torna mais lenta a reação competidora naqual 2CuS + H2 = Cu2S + H2S. Esta reação de hidrogenação é normalmenteelevadamente termodinamicamente favorecida. É vantajoso que ocomponente adsorvente torne mais lenta a reação de redução de cobre.

A invenção pode ser praticada em reatores de leito fixocomuns com alimentação contendo Hg. H2S é preferido como umcomponente de sulfetação da corrente. Sua concentração expressada em molesdeve ultrapassar aquela do Hg total por um fator de pelo menos 2,5. O agentede sulfetação pode ser uma parte da alimentação. Se nenhum S estiverdisponível na alimentação, uma corrente pequena para a entrada do leito deveproporcionar a quantidade de S necessária para ocorrer a reação combinada deCuO - Hg- H2S.

Claims (10)

1. Processo para purificar uma corrente de alimentação de gásnatural contendo pelo menos um contaminante contendo enxofre e pelomenos um contaminante contendo mercúrio, caracterizado pelo fato decompreender passar a citada corrente de alimentação através de um leitoadsorvente compreendendo um sorvente compreendendo um oxido de metalsobre um suporte.

2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que o citado oxido de metal é oxido de cobre.

3. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que o citado sorvente compreende 5 a 65% de oxido de cobre.

4. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que o citado sorvente compreende 10 a 40% de oxido de cobre.

5. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que o citado suporte é selecionado do grupo consistindo desílicas, aluminas, sílica-aluminas, silicatos, aluminas e sílico-aluminatos.

6. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que o citado sorvente possui uma área superficial BET maior doque 200 m2/g.

7. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que um componente de sulfetação é adicionado na citada correntede alimentação.

8. Processo de acordo com a reivindicação 7, caracterizadopelo fato de que o citado componente de sulfetação é sulfeto de hidrogênio.

9. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que o citado sorvente contém um aditivo que retarda a redução decobre para um estado de valência inferior.

10. Processo de acordo com a reivindicação 9, caracterizadopelo fato de que o citado aditivo contém um ânion haleto.