【Análise profissional】Resumo do processo de produção de GNL a partir de gás de coque e do funcionamento das instalações relacionadas

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Este tópico foi editado pela última vez por Ruling em 12/04/2016, às 21:12. Autores do artigo: Liu Xuefei1, Liu Pengxiang1, Zhou Long2, Wei Long1, Chang Junshi1. Palavras-chave: gás de coque； Metanização ； Gás natural liquefeito ； Síntese de metano ； Liquefação. Unidades responsáveis pelo desenvolvimento da tecnologia: 1. Centro de Pesquisa e Desenvolvimento em Pequim, da New Earth Energy Engineering Technology Co., Ltd.; 2. Henan Jingbao Xin’ao New Energy Co., Ltd. Em maio de 2013, a tecnologia para transformar gás de coque em gás natural liquefeito, desenvolvida pela New Earth Energy Engineering Technology Co., Ltd., foi aplicada com sucesso pela primeira vez no projeto de produção de GNL em Henan Jingbao. Foi possível produzir GNL de qualidade, com uma capacidade diária de 300 mil metros cúbicos. Isso representa uma nova possibilidade de utilização do gás de coque, servindo como exemplo de aplicação prática dessa tecnologia. A seguir, deixe que o editor os leve para conhecer um resumo das experiências de operação do dispositivo com a aplicação de tecnologias: 1. Introdução ao processo: Este dispositivo tem como função principal converter os gases úteis presentes no gás de coque em metano, e posteriormente obter o produto LNG por meio de separação a baixas temperaturas. Dividido em três seções: seção de purificação, seção de síntese de metano e seção de liquefação. Suas características são as seguintes. (1) Unidade de purificação: A função da unidade de purificação é pressurizar e purificar o gás gerado nos fornos de coque, garantindo que o teor de impurezas nesse gás atenda aos requisitos dos catalisadores utilizados na síntese de metano. (2) Unidade de síntese de metano: A unidade de síntese de metano tem como função principal converter os gases úteis presentes no gás de coque em metano. Esses gases úteis incluem CO, CO2, benzeno, alcanos, entre outros. O sistema de reação de síntese de metano utiliza um processo combinado de vários reatores a alta temperatura, visando maximizar a utilização dos gases presentes no gás de coque. Ao mesmo tempo, atende-se às exigências do setor de processamento de líquidos em relação aos gases. Além disso, a tecnologia de pontos intermédios é utilizada para projetar uma rede de troca de calor em camadas, permitindo assim a recuperação eficiente do calor no sistema. (3) Unidade de processamento líquido: A função da unidade de processamento líquido é separar, por meio de resfriamento intensivo, os gases produzidos na unidade de síntese, a fim de obter GNL. O produto da fase líquida, após a separação, é enviado para os tanques de armazenamento de GNL. Primeiramente, os gases passam por um processo de pré-tratamento, no qual são removidas impurezas como H2O, gases ácidos (incluindo CO2, H2S, COS e sulfetos orgânicos), mercúrio, entre outras. Em seguida, o gás natural sintético é liquefeito por meio de um ciclo de refrigeração. Por fim, o nitrogênio e o hidrogênio presentes no metano são separados por meio de um processo de destilação a baixa temperatura. 2. Situação de funcionamento do equipamento e resumo das experiências (1) Flutuações nas composições do gás de coque Devido às condições na fábrica de cokagem, as composições do gás de coque sofrem flutuações. A faixa da razão hidrogênio-carbono dos componentes varia de 3,2 no mínimo, até 4,1 no máximo. As flutuações na proporção hidrogênio-carbono causam flutuações no CO2 nos gases de saída da unidade de síntese de metano. Quando a relação hidrogênio-carbono é superior a 3,5, o teor de CO2 nos gases de saída da unidade de síntese de metano fica entre 6 e 10 ppm ； Quando a relação hidrogênio-carbono é inferior a 3,5, o teor de CO2 nos gases de saída da unidade de síntese de metano começa a aumentar significativamente. Durante a operação, a concentração máxima de CO2 atingiu quase 300 ppm (v/v). Na fase de processamento líquido, foi adicionada proteção para a torre de descarbonização durante o projeto, portanto, isso não afetou as fases subsequentes do processo líquido. No início do funcionamento do forno de coque, o teor de oxigênio é instável, apresentando flutuações frequentes. Isso causa flutuações na temperatura do leito no reator de hidrogenação da unidade de purificação, tornando difícil estabilizá-la. Em condições de alta concentração de oxigênio, isso já causou aumento excessivo da temperatura no reator de hidrogenação. Após coordenações, com a estabilização do teor de oxigênio no gás dos fornos de coque, as operações na unidade de purificação passaram a ser mais estáveis. (2) Impurezas no gás de coque: As impurezas presentes no gás de coque incluem, principalmente, benzeno, naftaleno, alcatrão, NH3 e enxofre. Após a etapa de purificação, o NH3 e uma pequena quantidade de benzeno entram na etapa de síntese de metano. Após a seção de síntese de metano, ainda há NH3, que será encaminhado para a seção de liquefação. Benzeno não foi detectado. Isso mostra que a etapa de síntese de metano, que ocorre em condições de alta temperatura, tem um efeito purificador sobre o benzeno; ela permite que o benzeno seja hidrogenado, gerando assim metano. No trecho de processamento líquido, basicamente não é necessário se preocupar com o problema de entupimento do resfriador causado pelo benzeno. (3) Durante a operação do dispositivo de congelamento do tanque de resfriamento com amônia, ocorreram dois problemas de obstrução no tanque de resfriamento da seção de liquefação. Durante o tratamento no local, foi detectado um cheiro de amônia. Consultando-se os dados, sabe-se que o ponto de fusão da amônia é de -77,7°C, e a temperatura de operação do congelador fica abaixo de -150°C. Teoricamente, portanto, as condições para o congelamento da amônia estão presentes. Após análises laboratoriais, foi determinado que o meio responsável pelo entupimento por congelamento era principalmente amônia. Após análises de amostras coletadas no local, constatou-se que o amônia que chega à seção de processamento líquido provém de duas fontes: uma delas é o amônia presente no gás gerado pelos fornos de coque ； Outro é a reação secundária na unidade de síntese de metano. De acordo com medições realizadas no local, quando a temperatura de reação está em torno de 600°C, o teor de amônia nos gases que saem da unidade de síntese de metano fica entre 130 e 160 ppm. Quando a temperatura de reação está abaixo de 560°C, o teor de amônia fica abaixo de 80 ppm. Após deliberações e acordos, foi decidido adicionar uma torre de desamônia após a unidade de síntese de metano. Após passar pela torre de desamidação, a concentração de amônia no fluido líquido cai para menos de 10 ppm, resolvendo assim o problema de entupimento dos reservatórios frios causado pela amônia. (4) Controle da carbonização do catalisador: Após o funcionamento do dispositivo a temperaturas elevadas por um certo período de tempo, observou-se um aumento na queda de pressão em uma das camadas do reator. Após análise, é possível que o aumento da queda de pressão seja causado por acúmulo de carbono. Os principais componentes do gás de coque são hidrogênio, monóxido de carbono, dióxido de carbono, metano, nitrogênio, entre outros. Através de pesquisas experimentais, constatou-se que tanto o monóxido de carbono quanto o metano podem sofrer reações de formação de carbono em altas temperaturas. Neste ambiente redutor, contendo uma grande quantidade de hidrogênio, é principalmente o monóxido de carbono que sofre essas reações. Estudos adicionais revelaram que, quando a temperatura cai a um certo nível, as reações de formação de carbono diminuem drasticamente, chegando a um valor muito baixo. Além disso, aumentar a concentração de vapor d’água também pode reduzir a ocorrência dessas reações. Portanto, ao alterarmos as condições de operação do dispositivo, conseguimos manter a temperatura no reator abaixo da temperatura necessária para a formação de carbonização. Além disso, ao adicionar uma quantidade adequada de vapor, foi possível impedir com sucesso a ocorrência dessa reação de carbonização. (5) Influência da pressão de operação: As equações químicas para a reação de metanização do monóxido de carbono e do dióxido de carbono são as seguintes: CO + 3H2 → CH4 + H2O; CO2 + 3H2 → CH4 + 2H2O. Como se pode ver nas equações, na reação de metanização do monóxido de carbono e do dióxido de carbono, o número total de moles das substâncias diminui após a reação, ou seja, trata-se de uma reação que resulta em redução do volume. Portanto, o aumento da pressão favorece a ocorrência da reação de metanização do monóxido de carbono e do dióxido de carbono. No entanto, há uma grande quantidade excessiva de hidrogênio no gás de coque. Verificou-se que o monóxido de carbono consegue reagir completamente tanto em baixa quanto em alta pressão; portanto, não foi detectado nenhum vestígio dele nos gases de saída da unidade de síntese de metano. Em baixas pressões, a concentração de dióxido de carbono nos gases de saída da unidade de síntese de metano fica entre 500 e 800 ppm. À medida que a pressão aumenta, a concentração de CO2 diminui. Quando a pressão ultrapassa 1,5 MPa, a concentração de CO2 cai rapidamente para os níveis normais de operação, e não muda mais com o aumento da pressão. Isso mostra que o monóxido de carbono deve reagir para formar metano antes do dióxido de carbono. Além disso, para garantir o teor adequado de CO2 na fase líquida, o equipamento deve operar sob uma pressão superior a 1,5 MPa. Endereço original: http://www.gasheat.cn/Thesis/574.html#rd