Acabei de receber um artigo; todos, por favor, ajudem a revisá-lo

Thread Content

Resumo: Na produção de amônia sintética por meio da adsorção sob pressão variável para extração de hidrogênio, otimiza-se o processo de recuperação dos gases residuais gerados pela adsorção sob pressão variável. Utiliza-se uma mistura de gases de desadsorção com gases provenientes de altos-fornos para a produção de gás, além do fornecimento de gás em paralelo pelo sistema PSA, com o objetivo de obter amônia líquida a partir de duas fontes de gás diferentes. Foram analisados os pontos fortes e fracos de todo o processo. Palavras-chave: Gás de coque, gás resultante da dessecação por PSA, reciclagem, amônia líquida. Introdução: Os dispositivos de extração de hidrogênio a partir dos gases de descarte do metanol produzem uma grande quantidade de gás resultante da dessecação, que representa de 30% a 35% dos gases de descarte do metanol. A composição desse gás é: CH4 (11,09%), H2 (24,11%), CO (8,93%), N2 (40,98%) e CO2 (14,89%). Se for liberado diretamente na atmosfera, isso não só causa desperdício de energia, mas também poluição ambiental; portanto, é necessário realizá sua reciclagem. 1. Análise dos equipamentos existentes 1.1 Análise da capacidade de produção dos equipamentos A capacidade de produção do complexo de síntese de amônia é de 100 kt/a. O gás de matéria-prima é fornecido por dois complexos de metanol com capacidade de 100 kt/a, localizados no mesmo complexo industrial. Já o nitrogênio é fornecido pelo sistema de separação de gases desses complexos de metanol. Cada unidade de produção de metanol fornece, por hora, entre 12.000 e 14.000 Nm3/h de gás de escape contendo metanol. Duas unidades podem fornecer, juntas, entre 24.000 e 28.000 Nm3/h de gás de escape contendo metanol. Por hora, é possível obter entre 15.600 e 18.200 Nm3/h de hidrogênio puro. Devido à construção de novas instalações de produção de caprolactama no complexo industrial, a PSA será responsável pelo fornecimento de hidrogênio. Será necessário fornecer hidrogênio para a refinação do benzeno bruto, para a conversão do benzeno em ciclohexano por meio de hidrogenação, e também para a produção de peróxido de hidrogênio. A demanda é de 14.000 Nm3/hora. Após o equilíbrio, apenas 1600–4200 Nm3/h de hidrogênio ficam disponíveis para a produção de amônia. Assim, o equipamento de produção de amônia não será capaz de atender às necessidades de produção de caprolactama. Será necessário construir um novo equipamento que utilize uma mistura de gás de forno de coque e gás de dessecação PSA para produzir hidrogênio e nitrogênio. 1.2 Introdução ao processo original: O gás de escape contendo metanol, proveniente da unidade de produção de metanol, é purificado por meio do processo PSA, resultando em hidrogênio de alta pureza. Esse hidrogênio, juntamente com o nitrogênio pressurizado proveniente da unidade de separação de ar, é enviado à unidade de metanização, onde o CO e o CO2 são convertidos em CH4. Em seguida, o gás resultante é submetido a um processo de pressurização antes de ser enviado para o processo de síntese. Ver Figura 1. Fig. 1 – Diagrama simplificado do processo original de síntese de amônia. Além disso, o método proposto para reaproveitar o gás liberado pelo dispositivo PSA era utilizá-lo na combustão nas câmaras de carbonização dos fornos de coque. No entanto, devido às grandes flutuações de pressão, esse gás não podia ser utilizado na combustão e era descartado diretamente nas chamas, o que representava um desperdício de recursos. 2. Análise do dispositivo após a reforma 2.1 Análise da capacidade de produção após a reforma O novo dispositivo de produção de gás está funcionando bem no momento. A quantidade de gás gerado pelos fornos de coque é de 17.500 Nm3/h. O gás purificado é enviado para a unidade de síntese em uma quantidade de aproximadamente 26.000 Nm3/h, o que corresponde a cerca de 9 toneladas de amônia por hora. Com isso, é possível atingir a capacidade máxima de produção, em conjunto com o processo existente. 2.2 Introdução ao processo: O gás de coque e os gases residuais do PSA entram no tanque de armazenamento de gás. Em seguida, são pressurizados por um compressor combinado para gás de coque/gás purificado, e então levados ao processo de desulfuração. Nesse processo, o enxofre presente no gás de coque é removido por meio da conversão hidrogenada com ferro e molybdeno, bem como pelo uso de desulfurizantes à base de óxido de zinco. De acordo com a relação água-carbono exigida, o vapor de processo é introduzido no forno de conversão por troca de calor. Em seguida, de acordo com as especificações do processo, ar enriquecido em oxigênio é adicionado, sendo assim introduzido no segundo forno de conversão para que a reação de conversão seja concluída. O gás de conversão a alta temperatura é submetido a recuperação de calor, o que permite pré-aquecer o gás de matéria-prima e o líquido resultante do processo. Em seguida, ocorre a reação de conversão do monóxido de carbono em temperaturas mais baixas. O monóxido de carbono é controlado para ficar dentro dos limites estabelecidos. Depois disso, o gás passa pelo processo de descarbonização MEDA. O gás resultante dessa etapa é pressurizado no compartimento de purificação do compressor combinado de gás de forno de coque/gás purificado. Em seguida, esse gás é enviado para o processo de metanização, onde se mistura com o hidrogênio proveniente do PSA. Após isso, ambos os gases são comprimidos pelo compressor combinado de metanização e gás sintético, sendo então enviados para o processo de síntese. Ver Figura 2. Fig. 2 – Processo atual de produção de amônia sintética. 2.3 Problemas identificados durante a operação do processo reformulado. 1. O dióxido de carbono gerado como subproduto pelo equipamento (cerca de 4000 Nm3/h) é descartado diretamente, o que representa um desperdício de recursos. Atualmente, planeja-se adicionar equipamentos de pressurização para utilizar esse dióxido de carbono como matéria-prima para a produção de metanol. O dióxido de carbono restante será utilizado como gelo seco. 2. Analisando os atuais parâmetros de controle do processo de condução do veículo e o equilíbrio térmico, ainda é necessário comprovar a necessidade da adição de oxigênio enriquecido no sistema. Atualmente, o oxigênio enriquecido é utilizado apenas quando a PSA fornece uma quantidade insuficiente de hidrogênio; isso representa um desvio significativo em relação ao projeto original ； Ao projetar a bomba de oxigênio líquido, não foi incluída a possibilidade de variação de frequência. Por isso, o oxigênio líquido excedente é descartado diretamente no local, o que representa um grande desperdício. 3. Devido ao fato de o sistema de descarbonização não ter sido utilizado por um longo período após a limpeza, e apesar de ter sido lavado várias vezes antes de ser colocado em operação, ainda existem impurezas sólidas na solução do sistema. Por isso, é necessário limpar periodicamente a bomba que bombeia a solução ； Os resfriadores utilizados nos sistemas de descarbonização, que são do tipo trocador de calor a placas, tendem a entupir e precisam ser limpos com frequência. 4. Os novos fornos de aquecimento do sistema são três fornos, que compartilham um único duto de fumaça; isso não é seguro nem facilita a operação no início das atividades. 5. A combinação do processo de destilação do condensado com o fluxo de operação faz com que, durante a inicialização do equipamento e o aumento da temperatura, haja uma maior carga de trabalho no fluxo inverso. 6. O design é conservador: alguns componentes têm tamanho reduzido, e a quantidade de catalisador utilizado também é menor. 7. O layout do dispositivo não é adequado, o que dificulta a manutenção e a substituição do catalisador. 8. A amostragem em algumas posições, além do uso de um resfriador de amostras, resulta em erros significativos nos resultados da análise. 9. Na desativação à pressão atmosférica do MEDA, deve-se utilizar um selo de água; não se deve usar bombas de solução. 10. Os selos de água nas entradas e saídas do tanque de gás devem ser localizados abaixo do nível do solo, o que dificulta a evacuação da água condensada. Portanto, eles devem ser instalados acima do solo, com sistema automático de drenagem. 3. Vantagens e desvantagens da produção de amônia sintética com dois fontes de gás 3.1 Vantagens 1. O gás desabsorvido no processo PSA é recolhido nos tanques de armazenamento de gás, o que resolve o problema ambiental relacionado à emissão direta desse gás na atmosfera. Além disso, são recuperados o CH4, H2, CO e N2, que são úteis para a produção de amônia sintética, aumentando assim a produção do equipamento responsável pela sua fabricação. 2. A conversão do gás de coque é realizada em duas etapas, o que reduz o consumo de oxigênio puro e aumenta a conversão do gás metano. 3. O dispositivo de destilação do líquido de condensação do processo é combinado com o dispositivo de produção de hidrogênio, o que permite aproveitar ao máximo o calor gerado pelo equipamento. Dessa forma, obtém-se vapor como subproduto, e ao mesmo tempo o líquido de condensação é destilado, reduzindo assim as emissões de águas residuais contendo amônia. 3.2 Desvantagens: 1. A pressão e a composição do gás de desgaseificação variam bastante, o que impede uma mistura adequada com o gás de coque nos tanques de armazenamento. Isso afeta a produção estável posterior. Além disso, quando a quantidade de gás de coque introduzido é pequena (menos de 6000 Nm3/h), as flutuações no sistema aumentam após a adição do gás de desgaseificação. 2. Devido à recuperação do gás de exaustão, o teor de nitrogênio no tanque de gás aumenta. Além disso, a capacidade de produção do compressor de gás de coque é insuficiente, o que faz com que o consumo de energia do equipamento aumente. 3. O método de controle para a entrada do gás liberado no processo PSA no tanque de gás não é adequado; deve-se utilizar válvulas programáveis para controlar o processo de acordo com o cronograma do PSA, o que contribui para um controle mais estável da proporção entre hidrogênio e nitrogênio. 4. Conclusão: Este conjunto de instalações para produção de amônia sintética é o primeiro do país a utilizar gases residuais de metanol para a produção de hidrogênio. Os gases resultantes da separação, juntamente com o gás gerado pelos fornos de coque, são combinados para a produção de hidrogênio, permitindo assim a produção de amônia sintética a partir de duas fontes de gás diferentes. Considerando o funcionamento atual das instalações, o novo equipamento de produção de hidrogênio se integrou com sucesso ao sistema existente de síntese de amônia. Com um fornecimento estável de gás de coque e gás de descarte do metanol, é possível atingir a meta de 300 toneladas por dia de amônia líquida, cumprindo assim os objetivos de produção máxima e redução de emissões. Também foram analisados os problemas existentes no equipamento, com o objetivo de estabelecer uma base para futuras reformas e melhorias técnicas.