Processo de produção de gás a partir de carvão sem metanização em ciclo
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Eu fui o primeiro a desenvolver um processo de produção de gás a partir de carvão sem ciclo de metanização. Autor/Fonte: China Chemical Industry News. Data: 25/05/2016. Número de visualizações: 13. Uma inovação que revoluciona os métodos tradicionais e elimina a dependência das importações. Após anos de pesquisa, nosso país conseguiu dominar o novo processo de metanização sem ciclo, bem como as tecnologias relacionadas aos catalisadores e aos equipamentos necessários para essa reação. Isso permitiu que a tecnologia chinesa de produção de gás natural a partir de carvão se tornasse uma das mais avançadas do mundo. Essa é uma notícia divulgada no 2º Seminário Internacional sobre Química do Carvão de Novo Tipo da China, realizado em Qingdao nos dias 21 e 22 de maio de 2016. O Grupo Shenwu, em parceria com a empresa Beijing Huafu Engineering Co., Ltd., além de empresas como Dalian Rick e Zhongmei Longhua, levou 8 anos para desenvolver, pela primeira vez no mundo, esse novo processo de metanização sem ciclo de reciclagem. Segundo se sabe, nos grandes projetos de produção de gás natural a partir de carvão que já foram construídos ou estão em construção no nosso país, todos os equipamentos de metanização utilizam o processo de metanização por ciclo externo, importado do exterior. A temperatura de reação deste processo é controlada por meio da regulação da quantidade de ar em circulação. Existem desvantagens, como a necessidade de um compressor de alta temperatura para lidar com grandes volumes de ar em circulação, dependência de equipamentos e catalisadores importados, altos custos de investimento e consumo energético, além da possibilidade de aumento excessivo da temperatura. De acordo com Wang Qinya, gerente-geral da Beijing Huafu Engineering Co., Ltd., pertencente ao grupo Shenwu, o novo processo desenvolvido pela empresa apresenta quatro inovações e vantagens em comparação com os processos tradicionais. Primeiro, foi eliminado o compressor de ar de circulação, o que permitiu a produção nacional de tecnologias de processo, catalisadores e equipamentos essenciais. Isso resultou em uma redução de mais de 25% no consumo energético total da unidade, além de uma redução de mais de 20% nos investimentos necessários ； Em segundo lugar, por meio do ajuste gradual da proporção entre hidrogênio e carbono, é possível obter um controle preciso dessa proporção, o que torna a qualidade do produto mais estável e fácil de controlar ； Terceiro, é utilizado um catalisador de metano resistente a altas temperaturas, desenvolvido de forma independente, o que oferece uma melhor relação custo-benefício e menores custos operacionais ； Quarto, foi desenvolvido um reator de metanização radial ao eixo com caldeira interna para recuperação de calor residual; seu processo é simples, o que facilita sua ampliação em escala maior, reduzindo assim os custos de investimento e operação do projeto como um todo. A Zhongmei Longhua utilizou um novo processo de fabricação para construir um equipamento piloto de metanização sem ciclo para a produção de gás natural sintético (SNG), com capacidade de 330 metros cúbicos por hora (capacidade que já foi aumentada para 580 metros cúbicos por hora). Entre os dias 24 e 27 de outubro do ano passado, o equipamento passou por um teste de calibração de 72 horas, realizado por especialistas organizados pela Associação Chinesa da Indústria Petrolífera e Química. Os resultados mostraram que o dispositivo de teste em escala intermediária operou de maneira contínua e estável. Todos os parâmetros atingiram ou superaram os valores previstos no projeto. Foi possível realizar um ajuste preciso na proporção entre metano e hidrocarbonetos. No produto final, a concentração de CH4 foi superior a 95%, enquanto a de H2 ficou abaixo de 2%. Não foi detectado nenhum CO no produto. Em 23 de novembro do mesmo ano, os resultados dessa tecnologia foram avaliados por um comitê de avaliação organizado pela Associação Chinesa da Indústria Petrolífera e Química, sob a presidência do acadêmico do Instituto de Engenharia da China, Jin Yong. Os membros do grupo de especialistas concordaram que esse resultado é altamente inovador e possui direitos de propriedade intelectual próprios ； Economiza o investimento em compressores de ciclo e o consumo energético correspondente, com um ótimo desempenho em termos de economia de energia; seu nível técnico geral é considerado avançado internacionalmente. De acordo com Wang Qinya, essa nova tecnologia já está sendo utilizada em vários projetos de gás natural sintético (com como matéria-prima gás de coque, gás de pirólise ou gases residuais de fornos de cálculo), como o porto de Inner Mongolia, com capacidade de 100 milhões de Nm3 por ano; Ulaanbaatar, em Inner Mongolia, com capacidade de 300 milhões de Nm3 por ano; e Shengwo, no Xinjiang, com capacidade de 400 milhões de Nm3 por ano ； Foi concluída a elaboração do pacote de processo para SNG de 1,3 bilhão de metros cúbicos/ano.
Espero poder saber mais sobre as medidas de controle da temperatura de reação após a eliminação do ciclo, entre outros aspectos.
Deve ser uma tecnologia semelhante à das torres de síntese de metanol de tipo tubo-cápsula, que utiliza vapor como subproduto para remover o calor da reação.
É utilizado um reator de temperatura constante, com o catalisador disposto nas camadas internas dos tubos, enquanto a camada externa contém água desoxidada, que gera vapor.
Ao aquecer o catalisador para iniciar a operação, vapor é introduzido no revestimento para aumentar a temperatura.
O Shanghai Huaxi Hospital utiliza essa tecnologia.
Características técnicas: Utiliza a tecnologia de metanização em leito isotérmico; o processo completo é breve, com o gás de processo passando uma única vez pelo reator. Não há necessidade de gás em ciclo ou compressores de ciclo, o que permite minimizar os investimentos e maximizar os lucros. Além disso, os custos são baixos e há um significativo ganho em termos de economia de energia. Em comparação com as tecnologias estrangeiras, o investimento na etapa de metanização é reduzido em 30%. Área de aplicação: gás de coque, gases resultantes da gasificação, bem como gás sintético que contém monóxido de carbono, dióxido de carbono e hidrogênio. Desempenho típico: Projeto de produção de LNG a partir de gás de coque, com capacidade de 20.000 Nm3/h, da empresa Inner Mongolia Etokeqi Jianyuan Coal Coking Co., Ltd.; Projeto de produção de LNG a partir de gás de coque, com capacidade de 30.000 Nm3/h, da empresa Hegang Hanxing Energy Technology Co., Ltd.; Projeto de produção de LNG a partir de gás de coque, com capacidade de 30.000 Nm3/h, da empresa Chongqing Hongteng Coal Coking Co., Ltd.; Projeto de produção de LNG a partir de gás de coque, com capacidade de 10.000 Nm3/h, da empresa Yunnan Qujing Gas Group Co., Ltd
Gostaria de perguntar também: ao escalar para um tamanho maior, como 1 bilhão de SNGs, quais são os problemas técnicos ao usar essa tecnologia? Em comparação com a tecnologia estrangeira atual
Os de grande porte não são claros; os que já foram construídos pela Huaxi têm um tamanho relativamente pequeno. Se forem de grande porte, provavelmente se tratará de reatores isotérmicos em série e em paralelo, além de um sistema de ajuste da proporção entre hidrogênio e carbono em série.
Qual é a pressão do vapor gerado como subproduto no primeiro reator?
Eu não conheço em detalhes esse tipo de processo deles. Só tenho uma ideia geral.
Os pontos quentes nesses reatores costumam atingir de trezentos a quatrocentos graus. Seus catalisadores não são do tipo adequado para altas temperaturas, ou seja, não resistem a essas condições.
Parece que todos estes foram projetados pelo Shanghai Huaxi Hospital, não é?
Não necessariamente. De qualquer forma, Huaxi não é um sistema sem ciclos
Esse design de reator sem ciclo é muito complexo; a quantidade de gás não consegue aumentar. Não sei por quanto tempo conseguirá funcionar
Deve ser semelhante ao reator de metanol de tipo tubo-cápsula; não deve haver problemas no seu funcionamento.
Eu não sei qual é o aumento de temperatura do metanol, mas o aumento de temperatura na metanização é muito grande; em poucos segundos, a temperatura pode chegar a 500–600℃
O calor de reação é removido por meio de vapor secundário, e a temperatura do ponto quente é controlada através do controle da pressão do vapor.
A reação de metanização libera muito calor; a velocidade da reação do CO é muito alta, enquanto a velocidade da reação do CO2 é relativamente baixa. A temperatura necessária para a reação do metanol geralmente fica entre 200 e 230 graus. Mesmo assim, os tubos utilizados nos reatores de metanol são feitos de materiais especiais, como aço bidirecional. Além disso, o diâmetro dos tubos nos grandes reatores de metanol não excede Φ50. Por quê? Se o diâmetro dos tubos for grande demais, não será possível remover adequadamente o calor gerado durante a reação. Embora a temperatura de saída do reator de metanol esteja entre 230 e 250 graus, qual é a temperatura no centro dos tubos? Isso depende das propriedades do catalisador utilizado. Não se pode simplesmente aumentar o diâmetro dos tubos. Para reações de metanização que liberam muito calor, é necessário que os tubos tenham um diâmetro pequeno, não superior a Φ20. Isso torna a fabricação dos reatores mais difícil e aumenta seus custos. Atualmente, um reator de metanol com capacidade de 100 mil toneladas por ano possui milhares de tubos de reação. Portanto, para reatores de metanização, o diâmetro dos tubos precisa ser ainda menor. Essa é a razão fundamental pela qual os reatores de metanização desenvolvidos pelo Huaxi Institute não podem ter um tamanho maior. Podemos imaginar que, para reatores de grande capacidade, seria necessário usar várias séries de tubos em paralelo, o que aumentaria os custos de investimento. Além disso, a profundidade da reação do CO2 também é um problema. Não se pode falar apenas sobre a metanização. Se o objetivo for produzir gás natural, então métodos isotérmicos, adiabáticos, com ou sem circulação podem ser utilizados… Afinal, os padrões para gás natural permitem até 2% de CO2. Esse valor é fácil de alcançar. Mas, se o objetivo for produzir GNL, então a profundidade da reação do CO2 é um problema crítico. Isso porque, em processos de refrigeração profunda, o nível de CO2 deve ser inferior a 50 ppm. Claro, se o CO2 não for completamente removido, seria necessário adicionar unidades de dessulfuração antes da refrigeração profunda para produzir GNL. Isso aumentaria o comprimento do processo, os custos de investimento e os custos operacionais. Portanto, é preciso considerar cuidadosamente se se deve usar métodos isotérmicos, adiabáticos, com ou sem circulação. Não se pode generalizar. Quanto à metanização, qualquer tecnologia pode ser utilizada, mas o importante é saber qual será o produto final. Isso requer uma escolha cuidadosa.