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BRPI0814327B1 - processo para produzir gás de síntese de amônia - Google Patents

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BRPI0814327B1
BRPI0814327B1 BRPI0814327A BRPI0814327A BRPI0814327B1 BR PI0814327 B1 BRPI0814327 B1 BR PI0814327B1 BR PI0814327 A BRPI0814327 A BR PI0814327A BR PI0814327 A BRPI0814327 A BR PI0814327A BR PI0814327 B1 BRPI0814327 B1 BR PI0814327B1
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BR
Brazil
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reformed gas
carbon
gas
steam
nitrogen
Prior art date
Application number
BRPI0814327A
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English (en)
Inventor
Marco Badano
Ermanno Filippi
Geoffrey Frederick Skinner
Original Assignee
Ammonia Casale Sa
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=38814522&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=BRPI0814327(B1) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Ammonia Casale Sa filed Critical Ammonia Casale Sa
Publication of BRPI0814327A2 publication Critical patent/BRPI0814327A2/pt
Publication of BRPI0814327B1 publication Critical patent/BRPI0814327B1/pt

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Description

(54) Título: PROCESSO PARA PRODUZIR GÁS DE SÍNTESE DE AMÔNIA (51) lnt.CI.: C01B 3/02; C01B 3/38; C01B 3/48; C01C 1/04 (30) Prioridade Unionista: 08/08/2007 EP 07015647.6 (73) Titular(es): AM MON IA CASALE S.A.
(72) Inventor(es): FILIPPI, ERMANNO; BADANO, MARCO; SKINNER, GEOFFREY, FREDERtCK (85) Data do Início da Fase Nacional: 01/02/2010
1/17
PROCESSO PARA PRODUZIR GÁS DE SÍNTESE DE AMÔNIA
Campo de Aplicação da Invenção
Em seu aspecto mais geral, a presente invenção se refere à preparação de misturas de gás sintético exigidas para a fabricação de amônia.
Em particular, a invenção se refere a um processo para produção de gás de síntese de amônia, compreendendo hidrogênio (H2) e nitrogênio (N2) obtidos da reforma de hidrocarbonetos.
A presente invenção também se refere a um processo para produção de amônia a partir de gás de síntese, obtido da reforma de hidrocarbonetos.
Em todo o presente relatório descritivo e reivindicações anexas, o termo hidrocarbonetos é usado para indicar, geralmente, uma fonte de matéria-prima de hidrogênio e carbono, como, por exemplo, metano, gás natural, nafta, GLP (gás liquefeito de petróleo) ou gás de refinaria e mistura dos mesmos.
Conforme é de conhecimento geral, no campo da produção de gás de síntese, existe a necessidade de cada vez mais se realizar processos que sejam de fácil implementação e que permitam alcançar capacidades de produção cada vez mais altas, com baixos custos operacionais e de investimento e ainda com um baixo consumo de energia.
Estado da Técnica
Conforme é já bem conhecido no segmento da técnica, a produção de gás de síntese para obtenção de amônia é principalmente realizada mediante um processo de reforma combinado, no qual hidrocarbonetos dessulfurizados são misturados com vapor numa adequada proporção e a mistura resultante é admitida em um reformador primário, no
2/17 qual a maior parte dos hidrocarbonetos na alimentação se encontra na forma de vapor reformado (convertido) em uma mistura de monóxido de carbono, dióxido de carbono e hidrogênio, mediante passagem sobre um catalisador adequado e sob pressões moderadas, na faixa de 15 a 35 bar, e sob altas temperaturas, na faixa de 780-820aC.
Pelo fato de que a dita conversão é endotérmica, o catalisador é contido em uma multiplicidade de tubos catalíticos, que são aquecidos externamente pelo calor de reação suprido pela combustão de um combustível gasoso com ar.
produto gasoso que sai do reformador primário é alimentado a um reformador secundário que normalmente contém um adequado catalisador em um leito catalítico e um espaço reacional se sobrepondo ao leito catalítico, o reformador secundário também recebendo um fluxo de ar numa quantidade controlada, para suprir o nitrogênio exigido para a síntese de amônia a jusante.
oxigênio reage no espaço reacional acima do leito catalítico com os componentes do combustível do produto gasoso proveniente do reformador primário, e o produto resultante combinado entra no leito catalítico sob elevada temperatura.
Durante a passagem através do catalisador, o metano residual reage endotermicamente com o vapor, resultando em uma temperatura típica de saída do gás de saída do reformador secundário de aproximadamente 1000SC, com mais de 99% dos hidrocarbonetos alimentados convertidos em óxidos de carbono e hidrogênio.
gás reformado que sai do reformador secundário, depois, é tipicamente tratado em uma série de equipamentos localizados a jusante, para remover os óxidos de carbono e obter uma composição de gás adequada para a síntese de
3/17 amônia (isto é, tendo uma proporção molar de H2/N2 próxima de 3:1). Esse equipamento inclui:
- conversores de deslocamento de CO, nos quais a maior parte do teor de monóxido de carbono (CO) do gás reformado é cataliticamente convertida com vapor não-reagido em dióxido de carbono mais um volume adicional de hidrogênio;
- uma coluna de lavagem de CO2, na qual o teor de dióxido de carbono é quase que completamente removido mediante lavagem do gás com um solvente apropriado, tal como, uma solução aquosa de uma amina ou de carbonato de potássio, dessa forma, obtendo-se um fluxo de gás compreendendo nitrogênio e hidrogênio, numa proporção molar de H2/N2 de aproximadamente 3:1, e traços de metano, óxidos de carbono e argônio;
- um reator de metanação, no qual os óxidos de carbono residuais são cataliticamente convertidos em metano, de modo a evitar o envenenamento do catalisador da síntese de amônia localizado a jusante, por aqueles compostos contendo oxigênio.
Desse modo, se obtém um gás de síntese final de amônia sob baixa pressão (tipicamente, de 15-25 bar), que necessita ser comprimido para a pressão exigida para a síntese da amônia, essa pressão, geralmente, sendo na faixa de 80 a 300 bar, tipicamente, cerca de 150 bar, de acordo com o processo de síntese de amônia a ser utilizado.
Embora vantajosa sob diversos aspectos, o processo de produção de gás de síntese de amônia descrito acima apresenta reconhecidos inconvenientes que o torna de difícil implementação em instalações de grande capacidade de produção de amônia.
Nesse caso, a principal dificuldade é aquela de projetar e fabricar um apropriado compressor e sua turbina para comprimir o grande fluxo de gás de síntese exigido para instalações de grande capacidade de produção de
4/17 amônia, de uma baixa pressão para a alta pressão exigida para a síntese da amônia.
Além disso, para instalações de grande capacidade de produção de amônia, outros equipamentos e tubulações são exigidos de grande tamanho para as condições operacionais (particularmente, a pressão) do processo de gás de síntese descrito acima. Entretanto, isso poderia aumentar demasiadamente os custos de investimento e energia e, assim, a produção do gás de síntese ficaria limitada.
Resumo da Invenção problema que fundamenta a presente invenção é proporcionar um processo para produção de gás de síntese, adequado para produção de amônia, que seja de fácil implementação e que permita se obter uma alta capacidade de produção com baixos custos operacionais e de investimento, assim como, com baixo consumo de energia.
Esse problema é solucionado por meio de um processo para produção de gás de síntese de amônia, caracterizado pelo fato de compreender as etapas de:
- alimentar um fluxo de gás compreendendo hidrocarbonetos e um fluxo de gás compreendendo vapor em um reformador primário, equipado com uma pluralidade de tubos catalíticos aquecidos externamente;
- reagir os ditos hidrocarbonetos com o dito vapor nos tubos catalíticos do dito reformador primário, sob uma pressão operacional superior a 35 bar nos tubos catalíticos, obtendo-se um produto gasoso;
- alimentar o dito produto gasoso e um fluxo de ar a um reformador secundário na ausência de hidrocarbonetos adicionados, o dito ar sendo adicionado em excesso em relação à quantidade de nitrogênio exigida para a síntese de amônia, para substancialmente promover a reforma de todo
5/17 o teor de hidrocarbonetos do dito produto gasoso que sai do reformador primário;
- submeter o dito produto gasoso a uma reação com o dito ar e, depois, à reforma secundária, obtendo-se um gás reformado compreendendo nitrogênio em excesso em relação à quantidade exigida para a síntese de amônia, hidrogênio, óxidos de carbono e vapor não-reagido;
- remover os óxidos de carbono e o nitrogênio em excesso do dito gás reformado, obtendo-se o dito gás de síntese.
termo produto gasoso conforme aqui usado, indica um gás parcialmente reformado, obtido, por exemplo, na saída do reformador primário ou no espaço reacional do reformador secundário, normalmente, compreendendo óxidos de carbono (CO e CO2) , hidrogênio (H2) , vapor e hidrocarbonetos não-convertidos.
O termo gás de síntese conforme aqui usado, indica um gás compreendendo N2 e H2, numa apropriada proporção molar para a síntese de amônia, isto é, o dito gás tendo uma proporção de N2/H2 correspondente ou próxima da proporção molar estequiométrica de 1:3. 0 termo gás reformado conforme aqui usado, indica um gás totalmente reformado, obtido, por exemplo, na saída do reformador secundário, o qual, normalmente, compreende nitrogênio, hidrogênio, óxidos de carbono e vapor não-reagido e, possivelmente, traços de hidrocarbonetos não-convertidos.
A presente invenção é baseada na descoberta de que é possível se obter um gás de síntese de amônia sob alta pressão e, ao mesmo tempo, com alta capacidade de produção, através do aumento da pressão operacional nos tubos catalíticos do reformador primário para um valor superior a 3 5 bar, e mediante suprimento de um excesso de ar ao reformador secundário (o qual também produz um excesso de nitrogênio, em relação à quantidade exigida no gás de síntese final para a síntese de amônia) , de modo a
6/17 converter totalmente (procedimento de reforma) os hidrocarbonetos contidos no produto gasoso que sai do reformador primário.
A presente descoberta é bastante contrária ao ensinamento constante do estado da técnica, de acordo com o qual, para a obtenção de alta capacidade de produção de gás de síntese de amônia, são necessários equipamentos (particularmente, compressor) e tubulações da instalação correlacionada de dimensões acentuadamente grandes.
Surpreendentemente, de acordo com o processo da invenção, o factível aumento na pressão é particularmente grande, se possível, por exemplo, para substancialmente dobrar a pressão operacional nos tubos catalíticos, quando comparado com os processos descritos pelo estado da técnica (obtendo-se uma pressão operacional, por exemplo, de 60 bar) , sem necessidade de modificar o projeto dos tubos presentemente usados no reformador primário.
Preferivelmente, de acordo com a invenção, a pressão operacional nos tubos catalíticos do reformador primário se situa na faixa de 40-100 bar, mais preferivelmente, na faixa de 60-80 bar.
Preferivelmente, a fim de evitar uma possível redução do tempo de vida dos tubos sob as novas condições operacionais de pressão conforme a invenção, foi descoberto como sendo útil se proceder ao aquecimento dos tubos, de tal modo que se obtenha uma temperatura de saída que não exceda a 750sC (preferivelmente, 650-750sC) para o produto gasoso que sai dos ditos tubos.
A escolha da temperatura de saída dos tubos depende da pressão operacional dentro dos tubos, diminuindo, na medida em que a pressão operacional aumenta, de modo a manter um prolongado tempo de vida do tubo.
Por exemplo, no caso dos tubos catalíticos de diâmetro interno convencional, de cerca de 100 mm, com
7/17 espessura de parede de 10-12 mm, operacionalizados de acordo com a presente invenção em pressão de 60 bar e temperatura de saída de 750sC, foi verificado que os tubos mostram um tempo de vida bastante satisfatório, de cerca de 100.000 horas.
Além disso, o gás de síntese final é obtido mediante o processo de acordo com a invenção com uma alta pressão, isso permitindo utilizar um menor equipamento e menores tubulações a jusante dos reformadores, dessa forma, reduzindo os custos de investimento e energia.
Em particular, é possível se utilizar equipamentos menores e menos dispendiosos para comprimir o gás de síntese final para a pressão exigida para conversão em amônia, em um circuito de síntese de uma instalação de amônia. Além disso, a energia exigida para essa compressão é reduzida, na medida em que o gás de síntese final jê é obtido com uma alta pressão na saída do processo de reforma. Portanto, uma redução do consumo de energia em uma instalação de amônia utilizando um gás de síntese sob alta pressão, obtido conforme a presente invenção, pode também ser conseguida.
De acordo com um aspecto preferido do processo conforme a presente invenção, o dito excesso de ar é compreendido na faixa de 15-100%, preferivelmente, de 2040%, em relação à quantidade de ar necessária para produzir o teor de nitrogênio exigido para a síntese de amônia.
O uso de excesso de ar permite, efetivamente, converter os hidrocarbonetos (particularmente, metano) contidos no gás de saída do reformador primário (o teor de hidrocarboneto aumentando como resultado do aumento de pressão e redução de temperatura no reformador primário) no espaço acima do leito catalítico do reformador secundário, para produzir óxidos de carbono e vapor, dessa forma, obtendo-se um produto gasoso sob elevada temperatura.
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Em seguida, tal produto gasoso passa através do leito catalítico do reformador secundário, onde ocorrem reações de reforma endotérmicas (explorando o teor térmico do dito produto gasoso), substancialmente completando o processo de reforma, dessa forma, obtendo vantajosamente um rendimento global de conversão de hidrocarbonetos, o qual é inteiramente comparável com aquele dos processos de reforma citados pelo estado da técnica.
De acordo com outro aspecto da presente invenção, a dita etapa de remoção de óxidos de carbono e dito excesso de nitrogênio do dito gás reformado compreende os seguintes estágios operacionais:
- remover substancialmente o monóxido de carbono do dito gás reformado mediante conversão catalítica com alguma quantidade de vapor não-reagida em dióxido de carbono e hidrogênio, dessa forma, obtendo-se um gás reformado essencialmente isento de monóxido de carbono e alguma quantidade de vapor;
- remover substancialmente o dióxido de carbono, mediante lavagem do dito gás reformado essencialmente isento de monóxido de carbono com uma adequada solução ou solvente, de modo a obter um gás reformado incluindo ainda traços de óxidos de carbono;
- remover os ditos traços de óxidos de carbono do dito gás reformado que os contém, mediante conversão catalítica em metano, obtendo-se um gás reformado isento de óxidos de carbono;
- remover o excesso de nitrogênio do dito gás reformado isento de óxidos de carbono mediante separação criogênica.
De acordo com outro aspecto da presente invenção, a dita etapa de remoção de óxidos de carbono e dito excesso de nitrogênio do dito gás reformado compreende os seguintes estágios operacionais:
9/17
- remover substancialmente o monóxido de carbono do dito gás reformado mediante conversão catalítica com alguma quantidade de vapor não-reagida em dióxido de carbono e hidrogênio, de modo a se obter um gás reformado essencialmente isento de monóxido de carbono e de alguma quantidade de vapor;
- remover substancialmente o dióxido de carbono mediante lavagem do dito gás reformado essencialmente isento de monóxido de carbono e alguma quantidade de vapor com uma adequada solução ou solvente, de modo a se obter um gás reformado incluindo ainda traços de óxidos de carbono;
- remover os ditos traços de óxidos de carbono e dito excesso de nitrogênio, passando o dito gás reformado, incluindo ainda traços de óxidos de carbono, através de uma peneira molecular do tipo PSA ou TSA.
O termo peneiras moleculares conforme aqui usado, inclui todos os materiais tendo microporos adequados para, preferivelmente, adsorver nitrogênio e óxidos de carbono de uma mistura de gás que os contêm. De acordo com o procedimento de adsorção e liberação de nitrogênio e óxidos de carbono, esses materiais são classificados como peneiras moleculares de PSA (adsorção por variação de pressão) ou peneiras moleculares de TSA (adsorção por variação de temperatura).
De acordo com o procedimento tipo PSA, a mistura gasosa contendo nitrogênio e traços de óxidos de carbono é permitida passar através da peneira molecular de PSA sob pressão, dessa forma, obtendo-se uma preferencial adsorção de nitrogênio e óxidos de carbono nos microporos da peneira molecular. Depois, a pressão é reduzida para promover a desadsorção do nitrogênio e óxidos de carbono dos microporos, dessa forma, regenerando a peneira molecular.
De modo diferente, de acordo com o procedimento de TSA, a adsorção do nitrogênio e óxidos de carbono é
10/17 obtida mediante passagem da mistura gasosa contendo os mesmos, através da peneira molecular tipo TSA, sob uma predeterminada temperatura. Depois, a temperatura é aumentada, por exemplo, através de um fluxo de vapor ou água quente, de modo a promover a desadsorção do nitrogênio e óxidos de carbono dos microporos, dessa forma, regenerando a peneira molecular.
A presente invenção também se refere a um processo para produção de amônia a partir de gás de síntese, compreendendo as etapas de:
- alimentar um fluxo de gás compreendendo hidrocarbonetos e um fluxo de gás compreendendo vapor em um reformador primário, equipado com uma pluralidade de tubos catalíticos aquecidos externamente;
- reagir os ditos hidrocarbonetos com o dito vapor nos tubos catalíticos do dito reformador primário, sob uma pressão operacional superior a 35 bar nos tubos catalíticos, obtendo-se um produto gasoso;
- alimentar o dito produto gasoso e um fluxo de ar a um reformador secundário, o dito ar sendo adicionado em excesso em relação à quantidade de nitrogênio exigida no gás de síntese final para a síntese de amônia, para substancialmente promover a reforma de todo o teor de hidrocarbonetos do dito produto gasoso que sai do reformador primário;
- submeter o dito produto gasoso a uma reação com o dito ar e, depois, à reforma secundária, obtendo-se um gás reformado compreendendo nitrogênio em excesso em relação à quantidade exigida para a síntese de amônia, hidrogênio e óxidos de carbono;
- remover os óxidos de carbono e nitrogênio em excesso do dito gás reformado, de modo a se obter o dito gás de síntese; e
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- alimentar o dito gás de síntese a um circuito de síntese de amônia e reagir o mesmo sob condições efetivas, de modo a se obter amônia.
As características e vantagens da invenção irão ainda resultar da descrição seguinte de uma de suas modalidades, fornecida por meio de um exemplo nãolimitativo e tendo como referência as figuras em anexo.
Breve Descrição das Figuras
A figura 1 mostra, esquematicamente, uma instalação para produção de gás de síntese de amônia, de acordo com uma modalidade da presente invenção, dita instalação sendo mostrada em comunicação fluida com um circuito de síntese de amônia de uma instalação de produção de amônia.
A figura 2 mostra, esquematicamente, uma instalação para produção de gás de síntese de amônia, de acordo com outra modalidade da presente invenção, dita instalação sendo mostrada em comunicação fluida com um circuito de síntese de amônia de uma instalação de produção de amônia.
Descrição Detalhada de uma Modalidade Preferida
Na figura 1 é mostrada, esquematicamente, uma instalação que ilustra as etapas de processo de acordo com a presente invenção, para produção de gás de síntese de amônia, através da reforma primária e secundária de um fluxo gasoso compreendendo hidrocarbonetos. No processo ilustrado em seguida, a matéria-prima empregada como fonte de hidrocarbonetos consiste de gás natural.
Com referência à figura 1, a referência numérica
(1) indica um reformador primário, a referência numérica
(2) indica um reformador secundário, a referência numérica
(3) indica uma série de conversores de deslocamento de CO
12/17 (dos quais apenas um é mostrado), a referência numérica (4) indica uma coluna de lavagem de CO2, a referência numérica (5) indica um dispositivo de metanação, e o bloco (6) indica um circuito de síntese de amônia de uma instalação de produção de amônia.
A linha inferior (7) indica um fluxo gasoso de gás natural que foi anteriormente liberado de enxofre, de uma maneira convencional, e a linha de fluxo (8) indica um fluxo gasoso de vapor.
fluxo de gás natural dessulfurizado (7) é misturado com o fluxo de vapor (8) numa proporção de aproximadamente 2,5 a 5 moles de vapor por mol de carbono no gás natural e a mistura resultante é alimentada, através da linha de fluxo (9), a um trocador de calor (10), onde é preaquecida para uma temperatura de cerca de 500aC, e a mistura preaquecida é alimentada através da linha de fluxo (11) ao reformador primário (1).
reformador primário (1) compreende, internamente, uma pluralidade de tubos (não mostrado) cheios de um adequado catalisador, convencionais per si, que são externamente aquecidos através de um fluido de troca térmica indicado pela linha de fluxo (12).
De acordo com a presente invenção, os tubos catalíticos no reformador primário são aquecidos, de modo a apresentar uma temperatura de saída na faixa de 650-750aC, enquanto que a mistura gasosa compreendendo hidrocarbonetos e vapor que é alimentada ao reformador primário (1) entra nos tubos sob uma pressão operacional de cerca de 60 bar.
Além disso, no presente exemplo, todo o gás natural alimentado é suprido ao reformador primário (1).
O produto gasoso que sai do reformador primário (1) sob uma temperatura de 650-750aC e uma pressão em torno de 60 bar, é suprido através da linha de fluxo (13) ao reformador secundário (2) , que também recebe um fluxo
13/17 gasoso oxidante consistindo de ar, suprido através da linha de fluxo (14).
De acordo com a invenção, o ar é suprido ao reformador secundário (2) em excesso, com relação à quantidade de nitrogênio exigida no gás de síntese final para a síntese de amônia, para compensar o aumento de teor de hidrocarboneto no produto gasoso que sai do reformador primário, como resultado da utilização de um aumento de pressão e redução de temperatura, em relação ao estado da técnica.
O reformador secundário (2) inclui nesse exemplo, um leito catalítico (2a) de um adequado catalisador (por exemplo, um catalisador à base de níquel) e um espaço reacional sobreposto (2b) . 0 oxigênio alimentado ao reformador secundário (2) (através do ar) reage com o produto gasoso que sai do reformador primário (1) no espaço reacional (2b) para produzir um segundo produto gasoso sob elevada temperatura.
Depois, esse segundo produto gasoso passa através do leito catalítico (2a) do reformador secundário, onde ocorrem reações de reforma endotérmicas (explorando o teor térmico do dito segundo produto gasoso), que substancialmente completa o processo de reforma, de modo a se obter um gás reformado compreendendo nitrogênio (em excesso), hidrogênio, óxidos de carbono e vapor residual.
De acordo com uma modalidade alternativa (não mostrada), o reformador secundário (2) pode ser isento do leito catalítico (2a) . Nesse caso, irá incluir um ou mais espaços reacionais, como o espaço reacional (2b) indicado acima, para realização e complementação do processo de reforma.
gás final reformado que sai do reformador secundário (2) apresenta uma temperatura de cerca de 1000aC e uma pressão em torno de 60 bar. O dito gás é primeiro
14/17 suprido a um trocador de calor (16), através da linha de fluxo (17), onde o mesmo é resfriado para uma temperatura em torno de 350aC, depois, para uma série (normalmente, dois) de conversores de deslocamento de CO (3), através da linha de fluxo (18).
Nos conversores de deslocamento de CO (3), o teor de monóxido de carbono do gás reformado é cataliticamente convertido com vapor não-reagido em dióxido de carbono, mais um adicional volume de hidrogênio. A condição de saída do último (segundo) conversor de deslocamento de CO (3) se realiza numa temperatura de cerca de 220aC, com pelo menos 98% do CO de entrada convertido. O gás reformado gue sai do último conversor de deslocamento de CO (3) é alimentado a um trocador de calor (19) (através da linha de fluxo 20), onde o mesmo é resfriado para próximo da temperatura ambiente e o gás resfriado é alimentado a um separador (21) (através da linha de fluxo 22) para separação do condensado.
O gás que deixa o separador (21) circula através da linha de fluxo (22a) para uma coluna de lavagem de CO2 (4) , na qual a maior parte do teor de dióxido de carbono é quase que completamente removida por meio de lavagem com um apropriado solvente, tal como, uma solução aquosa de uma amina ou de carbonato de potássio. O fluxo de gás de saída do topo da coluna (4) consiste essencialmente de hidrogênio e nitrogênio em excesso, com traços de hidrocarbonetos (metano) e óxidos de carbono.
Esse gás é alimentado através da linha de fluxo (24) a um trocador de calor (23), onde é aquecido a uma temperatura em torno de 300eC, depois, levado para um reator de metanação (5), através da linha de fluxo (25). O reator de metanação (5) contém um leito de um catalisador apropriado, por exemplo, um catalisador à base de níquel, para converter os traços de óxidos de carbono em metano,
15/17 dessa forma, evitando o envenenamento por esses compostos contendo oxigênio, do catalisador da síntese de amônia disposto a jusante.
gás que sai do reator de metanação (5) é resfriado em um trocador de calor (26), no qual é alimentado através da linha de fluxo (27) e o gás resfriado é alimentado a um separador (28), através da linha de fluxo (29), para separar o condensado.
gás que sai do separador (28) é depois alimentado através da linha de fluxo (30) para um separador criogênico (40), onde o nitrogênio em excesso em relação à quantidade exigida para a síntese de amônia é separado (removido) juntamente com a maior parte do metano obtido no reator de metanação (5) e alguma quantidade de hidrogênio, desse modo, obtendo-se um gás de síntese de amônia compreendendo nitrogênio e hidrogênio em uma adequada proporção molar para a síntese de amônia (isto é, uma proporção molar de H2/N2 correspondente ou próxima de 3:1) e um gás separado.
gás separado é recuperado do separador criogênico (40) através da linha de fluxo (41), sendo normalmente usado como combustível suplementar, enquanto que o gás de síntese de amônia é alimentado a um compressor (33) (através da linha de fluxo (42)), onde é comprimido para a pressão exigida para a síntese da amônia, por exemplo, 150 bar.
Portanto, de acordo com a presente invenção, o gás de síntese de amônia é obtido com uma pressão mais alta que aquela conhecida do estado da técnica (nesse exemplo, em torno de 60 bar), sendo vantajosamente obtidos custos de instalação e operacionais mais baixos, correlacionados ao compressor (33).
Finalmente, o gás de síntese comprimido é suprido ao circuito de síntese (6), através da linha de fluxo (31),
16/17 onde é reagido em condições efetivas para produzir amônia. A amônia assim obtida é descarregada do circuito de síntese (6) através da linha de fluxo (32).
A figura 2 mostra, esquematicamente, uma instalação para produção de gás de síntese de amônia, de acordo com outra modalidade da presente invenção.
Aos elementos da instalação mostrados na figura 2, que são idênticos ou equivalentes aos correspondentes elementos da instalação mostrados na figura 1 descrita acima, serão atribuídas as mesmas referências numéricas apresentadas, pelo que tais referências não serão posteriormente descritas.
Conforme pode ser observado da figura 2, essa instalação difere da instalação mostrada na figura 1 pelo fato de incluir um separador (60), tendo uma peneira molecular do tipo PSA ou TSA, no lugar do separador criogênico (40).
Além disso, o separador (60) recebe diretamente, através da linha de fluxo (61), a mistura gasosa que sai da coluna de lavagem (4) para separação dos óxidos de carbono e nitrogênio em excesso. Como resultado, o reator de metanação (5) e os equipamentos correlatos não são mais necessários, dessa forma, obtendo-se uma simplificação da instalação e uma redução dos custos de investimento, manutenção e operação.
Nesse separador (60), os óxidos de carbono e o nitrogênio em excesso são preferivelmente adsorvidos nos microporos da peneira molecular, de acordo com os procedimentos do tipo PSA ou TSA, assim, obtendo-se um gás de síntese de amônia compreendendo nitrogênio e hidrogênio, numa apropriada proporção molar para a síntese de amônia (isto é, uma proporção molar de H2/N2 correspondente ou próxima de 3:1) e um gás separado.
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O gás separado é recuperado do separador (60' através da regeneração linha de fluxo (62), durante a etapa de da peneira molecular (de acordo com os procedimentos tipo PSA ou TSA descritos acima), sendo normalmente usado como um combustível suplementar, enquanto que o gás de síntese de amônia é alimentado a um compressor (33) (através da linha de fluxo (42)), onde é comprimido para a pressão exigida para a síntese da amônia, por exemplo, de 150 bar.
Ainda, com referência à figura 2, outras modalidades podem proporcionar um ou mais equipamentos intermediários (por exemplo, um trocador de calor ou um compressor) ao longo da linha (61), entre a coluna (4) e o separador (60), de acordo com as necessidades e com as técnicas conhecidas.
De acordo ainda com outra modalidade da presente invenção, é proporcionado um pré-reformador a jusante do reformador primário (1) . Esse pré-ref ormador, o qual é de um tipo conhecido per si, pelo que não é mostrado nas figuras 1 ou 2, é operado de um modo adiabático, isto é, sem troca de calor. O pré-reformador é alimentado com o fluxo de gás natural (7) e uma parte do fluxo de vapor (8). No pré-ref ormador, é obtido um fluxo de gás compreendendo hidrocarbonetos, cujo fluxo de gás é alimentado juntamente com a parte restante do fluxo de vapor (8) para o reformador primário (1).
Logicamente, um especialista versado na técnica poderá proporcionar diversas modificações e alternativas para o processo de acordo com a presente invenção, todas as quais, sendo cobertas pelo escopo de proteção das reivindicações anexas.
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Claims (2)

REIVINDICAÇÕES
1. Processo para produzir gás de síntese de amônia obtido a partir da reforma de hidrocarbonetos, caracterizado pelo fato de compreender as etapas de:
- alimentar os ditos hidrocarbonetos e um fluxo de gás compreendendo vapor em um reformador primário, equipado com uma pluralidade de tubos catalíticos aquecidos externamente;
- reagir os ditos hidrocarbonetos com o dito vapor nos tubos catalíticos do dito reformador primário, sob uma pressão operacional superior a 35 bar nos tubos catalíticos, obtendo-se um produto gasoso, em que a temperatura de saída do dito produto gasoso proveniente dos tubos do reformador primário não excede 7502C;
- alimentar o dito produto gasoso e um fluxo de ar a um reformador secundário, o dito ar sendo adicionado em excesso em relação à quantidade de nitrogênio exigida para a síntese de amônia, para substancialmente promover a reforma de todo o teor de hidrocarbonetos do dito produto gasoso que sai do reformador primário;
- submeter o dito produto gasoso a uma reação com o dito ar e, depois, à reforma secundária, obtendo um gás reformado compreendendo nitrogênio em excesso em relação à quantidade exigida para a síntese de amônia, hidrogênio, óxidos de carbono e vapor não-reagido;
- remover os óxidos de carbono e nitrogênio em excesso do dito gás reformado para obter o dito gás de síntese.
2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito excesso de ar está compreendido na faixa de 15% a 100%, preferivelmente, de 20% a 40%, em relação à quantidade de ar necessária para produzir o teor de nitrogênio exigido para a síntese de amônia.
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3. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 e 2, caracterizado pelo fato de que a dita pressão operacional nos tubos catalíticos do reformador primário se situa na faixa de 40 a 100 bar, preferivelmente, na faixa de 60 a 80 bar.
4. Processo, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a dita pressão operacional nos tubos catalíticos do reformador primário (1) é de cerca de 60 bar e a dita temperatura de saída se situa na faixa de 650 a 7502C.
5. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que a dita etapa de remoção de óxidos de carbono e do excesso de nitrogênio do dito gás reformado compreende os seguintes estágios operacionais:
- remover substancialmente o monóxido de carbono do dito gás reformado por conversão catalítica com vapor nãoreagido em dióxido de carbono e hidrogênio, dessa forma, obtendo um gás reformado essencialmente isento de monóxido de carbono e algum vapor;
- remover substancialmente o dióxido de carbono, por lavagem do dito gás reformado essencialmente isento de monóxido de carbono com uma solução ou solvente adequados, de modo a obter um gás reformado incluindo ainda traços de óxidos de carbono;
- remover os ditos traços de óxidos de carbono do dito gás reformado que os contém, por conversão catalítica em metano, obtendo um gás reformado isento de óxidos de carbono;
- remover o excesso de nitrogênio do dito gás reformado isento de óxidos de carbono por separação criogênica.
6. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que a dita etapa de remoção de óxidos de carbono e dito excesso de de 29/06/2018, pág. 13/14
3/3 nitrogênio do dito gás reformado compreende os seguintes estágios operacionais:
- remover substancialmente o monóxido de carbono do dito gás reformado por conversão catalítica com alguma
5 quantidade de vapor não-reagido em dióxido de carbono e hidrogênio, de modo a obter um gás reformado essencialmente isento de monóxido de carbono e alguma quantidade de vapor;
- remover substancialmente o dióxido de carbono por lavagem do dito gás reformado essencialmente isento de monóxido de
10 carbono e alguma quantidade de vapor com uma solução ou solvente adequados, de modo a obter um gás reformado incluindo ainda traços de óxidos de carbono;
- remover os ditos traços de óxidos de carbono e dito excesso de nitrogênio, passando o dito gás reformado,
15 incluindo ainda traços de óxidos de carbono, através de uma peneira molecular do tipo PSA ou TSA.
Petição 870180056375, de 29/06/2018, pág. 14/14
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