Regeneración de adsorbentes de gas.

Proceso para eliminar de forma selectiva una primera especie gaseosa ácida y una segunda especie gaseosa ácida de un adsorbente que ha estado en contacto con un gas de alimentación que contiene al menos dichas especies gaseosas primera y segunda

, que comprende las etapas de:

a. someter el adsorbente a un primer gas de purga, donde dicho primer gas de purga no contiene dicha primera especie gaseosa ácida y contiene dicha segunda especie gaseosa ácida a una presión parcial que es al menos la presión parcial de dicha segunda especie gaseosa en dicho gas de alimentación;

b. posteriormente, someter el adsorbente a un segundo gas de purga, donde dicho segundo gas de purga no contiene dicha primera especie gaseosa y, si contiene dicha segunda especie gaseosa, contiene esta segunda especie gaseosa a una presión parcial que es inferior a la presión parcial de dicha segunda especie gaseosa en dicho gas de alimentación.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/NL2012/050547.

Solicitante: STICHTING ENERGIEONDERZOEK CENTRUM NEDERLAND.

Nacionalidad solicitante: Países Bajos.

Dirección: WESTERDUINWEG 3 1755 LE PETTEN PAISES BAJOS.

Inventor/es: COBDEN,PAUL DEAN, VAN DIJK,HENDRICUS ADRIANUS JOHANNES, WALSPURGER,STÉPHANE.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > PROCEDIMIENTOS O APARATOS FISICOS O QUIMICOS EN GENERAL > SEPARACION (separación de sólidos por vía húmeda... > Separación de gases o de vapores; Recuperación... > B01D53/047 (Adsorción con presión oscilante)
  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > PROCEDIMIENTOS O APARATOS FISICOS O QUIMICOS EN GENERAL > SEPARACION (separación de sólidos por vía húmeda... > Separación de gases o de vapores; Recuperación... > B01D53/04 (con adsorbentes fijos)
  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > QUIMICA INORGANICA > ELEMENTOS NO METALICOS; SUS COMPUESTOS (procesos... > Hidrógeno; Mezclas gaseosas que contienen hidrógeno;... > C01B3/02 (Producción de hidrógeno o de mezclas gaseosas que contienen hidrógeno)

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Fragmento de la descripción:

Regeneración de adsorbentes de gas.

Campo de la invención 5

La invención pertenece al campo de la eliminación de gases ácidos por adsorción, por ejemplo en los procesos de desplazamiento del gas del agua (WGS) . La invención se refiere en particular a la desorción selectiva de gases ácidos adsorbidos de los adsorbentes utilizados en dichos procesos.

Antecedentes de la invención

En US 6, 322, 612 (Air Products) se describe un proceso de adsorción por presión o por oscilación de vacío y el equipo utilizado para la separación y recuperación de determinados componentes gaseosos, tales como dióxido de carbono procedente de mezclas de gas caliente que contienen vapor de agua. El proceso comprende el hacer 15 reaccionar la mezcla de gas de alimentación a una temperatura de entre 150 y 450°C en una columna de adsorción que contiene un adsorbente. El adsorbente puede ser alúmina promovida por sodio o hidrotalcita promovida por potasio, y adsorbe el dióxido de carbono. El adsorbente se regenera mediante la despresurización y la posterior purga de la columna de absorción con vapor para retirar un efluente que comprende una mezcla de dióxido de carbono y posiblemente otros componentes adsorbibles, además de H2O. A continuación, se presuriza la columna de adsorción 20 mediante la introducción de un gas libre de dióxido de carbono. Los pasos se repiten de manera cíclica.

WO 2010/059052 describe un proceso de desplazamiento del gas del agua mejorado por sorción (SEWGS) para producir hidrógeno y dióxido de carbono, así como sulfuro de hidrógeno, donde el dióxido de carbono y el sulfuro de hidrógeno son adsorbidos por un adsorbente de hidrotalcita promovida por álcali. Así, el dióxido de carbono y el sulfuro 25 de hidrógeno son extraídos del adsorbente de forma simultánea.

En estos y en otros procesos ya existentes en la técnica que utilizan adsorbentes ácidos, los componentes gaseosos ácidos tales como el dióxido de carbono, el sulfuro de hidrógeno y similares acaban en la misma corriente de producto (o efluente) , lo que dificulta la reutilización o la purificación de estas corrientes. El problema que resolverá la 30 invención es la eliminación gradual y selectiva de especies ácidas gaseosas en adsorbentes utilizados para producir mezclas de gas deseables, en especial aquellas que contienen hidrógeno.

Resumen de la invención

La invención pertenece a un proceso para la eliminación selectiva de componentes gaseosos ácidos, en particular dióxido de carbono (CO2) y sulfuro de hidrógeno (H2S) , de un adsorbente que ha adsorbido esos componentes gaseosos como resultado del contacto de dicho adsorbente con un gas de alimentación que contiene estas especies gaseosas ácidas. El proceso de la invención permite obtener un gas deseado cuyos componentes gaseosos han sido eliminados en una alta proporción. Además, el proceso permite el tratamiento por separado y, si es 40 necesario, la utilización por separado, de los componentes ácidos en pasos posteriores. Asimismo, el proceso de la invención da lugar a zonas de transferencia de masa diferenciadas para los componentes ácidos CO2 y H2S durante la fase posterior de alimentación del proceso cíclico, en la que la zona de transferencia de masa del H2S se localiza arriba de la del CO2. Esto permite la eliminación mejorada del H2S, así como una mayor eficiencia del proceso.

Descripción detallada de la invención

La invención se refiere a un procedimiento para eliminar de forma selectiva una primera especie gaseosa ácida y una segunda especie gaseosa ácida de un adsorbente que ha estado en contacto con un gas de alimentación que contiene las mencionadas especies gaseosas primera y segunda, procedimiento que comprende los siguientes pasos: 50

(a) someter el adsorbente a un primer gas de purga, donde dicho primer gas de purga no contiene dicha primera especie gaseosa ácida y contiene dicha segunda especie gaseosa ácida a una presión parcial que es al menos la presión parcial de dicha segunda especie gaseosa en dicho gas de alimentación;

(b) posteriormente, someter el adsorbente a un segundo gas de purga, donde dicho segundo gas de purga no 55 contiene dicha primera especie gaseosa y, si contiene dicha segunda especie gaseosa, la contiene a una presión parcial que es inferior a la presión parcial de dicha segunda especie gaseosa en dicho gas de alimentación.

La invención se refiere, además, a un proceso para producir un gas deseado, como un gas que contenga 60 hidrógeno, mediante la reacción de un gas de alimentación para producir dicho gas deseado así como dos o más especies gaseosas ácidas, donde el gas de alimentación se hace reaccionar en presencia de un adsorbente capaz de adsorber dos o más de dichas especies gaseosas ácidas y, posteriormente, mediante la eliminación de dichas dos o más especies gaseosas ácidas de dicho adsorbente. Para esta eliminación de los componentes ácidos se emplea el proceso definido anteriormente. El proceso se describe con mayor detalle más adelante. 65

Las especies gaseosas ácidas primera y segunda, así como otras opcionales, incluyen y pueden ser seleccionadas de entre dióxido de carbono, monóxido de carbono, óxidos sulfúricos, óxidos de nitrógeno, sulfuro de hidrógeno, cloruro de hidrógeno (ácido clorhídrico) y otros haluros de hidrógeno, cianuro de hidrógeno y similares.

El sulfuro de carbonilo (COS) y el disulfuro de carbono (CS2) , que se pueden convertir en H2S en condiciones de adsorción y/o desorción, se consideran equivalentes del H2S y, por lo tanto, también están incluidos en el término 5 "especies gaseosas ácidas". Asimismo, haluros como el cloro (Cl2) y el bromo, al igual que el oxígeno (O2) y el agua (H2O) , se pueden considerar y tratar como especies ácidas a efectos de la invención.

En una forma de realización particularmente útil de la invención, la primera especie gaseosa ácida comprende sulfuro de hidrógeno (H2S) y la segunda especie gaseosa ácida comprende dióxido de carbono (CO2) . Se ha observado 10 que la adsorción de H2S, cuando se lleva a cabo mediante el transporte del gas de alimentación a través de un contenedor, tal como un reactor de lecho empaquetado, que contiene el adsorbente, tiene lugar predominantemente en la parte superior del contenedor, lo que permite una eliminación más eficaz del H2S que se puede realizar específicamente en esta parte superior. Esto resulta especialmente provechoso al llevar a cabo la desorción en modo a contracorriente. Un ejemplo en el que dicha eliminación eficaz del H2S puede ser útil es cuando se desea una 15 eliminación completa del H2S y una eliminación tan solo parcial del CO y/o del CO2 de un gas de alimentación, como el sintegás originado por la gasificación de biomasa, para su posterior uso en la producción de combustible o productos químicos.

De este modo, el gas de alimentación del que se absorben los dos o más componentes ácidos puede ser 20 cualquier gas que contenga dos o más componentes gaseosos ácidos a cualquier nivel. Por ejemplo, el sulfuro de hidrógeno (o sus equivalentes, el COS y el CS2) puede estar presente a niveles que van de 10 ppm a 5 vol.% (50, 000 ppm) , en particular de 50 ppm a 10000 ppm (1 vol.%) , y más en particular de 100 a 5000 ppm, especialmente de 200 a 2000 ppm. Se pueden aplicar niveles similares al cloruro de hidrógeno, fluoruro de hidrógeno, bromuro de hidrógeno, cianuro de hidrógeno, óxidos de nitrógeno, óxidos sulfúricos, halógenos, agua y oxígeno. El dióxido de carbono también 25 puede estar presente a estos niveles, pero también a niveles más altos hasta, por ejemplo, 50 vol.%. Así, los niveles de dióxido de carbono pueden ser de 10 hacia arriba o incluso de... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Proceso para eliminar de forma selectiva una primera especie gaseosa ácida y una segunda especie gaseosa ácida de un adsorbente que ha estado en contacto con un gas de alimentación que contiene al menos dichas especies gaseosas primera y segunda, que comprende las etapas de:

a. someter el adsorbente a un primer gas de purga, donde dicho primer gas de purga no contiene dicha primera especie gaseosa ácida y contiene dicha segunda especie gaseosa ácida a una presión parcial que es 10 al menos la presión parcial de dicha segunda especie gaseosa en dicho gas de alimentación;

b. posteriormente, someter el adsorbente a un segundo gas de purga, donde dicho segundo gas de purga no contiene dicha primera especie gaseosa y, si contiene dicha segunda especie gaseosa, contiene esta segunda especie gaseosa a una presión parcial que es inferior a la presión parcial de dicha segunda especie gaseosa en dicho gas de alimentación. 15

2. Proceso según la reivindicación 1, donde la primera especie gaseosa ácida comprende sulfuro de hidrógeno y la segunda especie gaseosa ácida comprende dióxido de carbono.

3. Proceso según la reivindicación 1 o 2, donde dicho primer gas de purga comprende dióxido de carbono. 20

4. Proceso según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde dicho segundo gas de purga comprende un elemento seleccionado de entre vapor, nitrógeno, metano y gases nobles, y preferiblemente comprende vapor.

5. Proceso según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende además, antes del paso (a) , la fase 25 de aclarado del adsorbente con un gas de aclarado, donde dicho gas de aclarado no contiene dicha primera especie gaseosa ácida y contiene dicha segunda especie gaseosa ácida a una presión parcial que es inferior a la presión parcial de dicha segunda especie gaseosa en dicho gas de alimentación.

6. Proceso según la reivindicación 5, donde dicho gas de aclarado comprende vapor y/o nitrógeno. 30

7. Proceso según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde el adsorbente comprende alúmina y uno o varios óxidos de metal alcalino, hidróxidos o carbonatos.

8. Proceso según la reivindicación 7, donde el adsorbente comprende además uno o varios óxidos metálicos divalentes, 35 hidróxidos o carbonatos, y preferiblemente tiene una base de hidrotalcita.

9. Proceso según la reivindicación 8, donde el adsorbente comprende magnesia y tiene una proporción molar de Mg a (Al+Mg) de entre 0.05 y 0.95, preferiblemente entre 0.1 y 0.8.

10. Proceso según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde el paso a) se realiza a una presión que es inferior a 2/3 de la presión del paso donde el gas de alimentación ha entrado en contacto con el adsorbente, y/o donde el paso b) se realiza a una presión que es inferior a 1/2 de la presión del paso donde el gas de alimentación ha entrado en contacto con el adsorbente.

11. Proceso según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde el paso a) se realiza a contracorriente con respecto al contacto del adsorbente con el gas de alimentación.

12. Proceso según la reivindicación 11, donde en el paso a) solo la parte del adsorbente que está en la parte superior se somete a dicho primer gas de purga. 50

13. Proceso para producir un gas deseado al hacer reaccionar un gas de alimentación para producir dicho gas deseado así como dos o más especies gaseosas ácidas, donde el gas de alimentación reacciona en presencia de un adsorbente capaz de adsorber dos o más de dichas especies gaseosas ácidas, y dichas dos o más especies gaseosas ácidas son posteriormente eliminadas de dicho adsorbente mediante el proceso según cualquiera de las reivindicaciones 55 precedentes.

14. Proceso según la reivindicación 13, donde dicho gas deseado comprende hidrógeno y la concentración de hidrógeno del gas deseado es superior a la concentración de hidrógeno del gas de alimentación.

15. Proceso según la reivindicación 14, donde dicho gas deseado se produce mediante un proceso de desplazamiento del gas del agua mejorado por sorción (SEWGS) .

16. Proceso según cualquiera de las reivindicaciones 13-15, donde dicha reacción en presencia de un adsorbente se realiza a una presión de entre 7-40 bar. 65

17. Proceso para producir un gas deseado que está esencialmente libre de H2S, que incluye las etapas de:

(i) poner en contacto un gas de alimentación que contiene H2S y CO y/o CO2 con un adsorbente capaz de adsorber CO2 y H2S;

(ii) someter el adsorbente a un primer gas de purga, donde dicho primer gas de purga no contiene H2S y contiene CO y/o CO2 a una presión parcial que es al menos la presión parcial del CO y/o el CO2 en dicho gas 5 de alimentación;

(iii) posteriormente, someter el adsorbente a un segundo gas de purga, donde dicho segundo gas de purga no contiene H2S y no contiene CO ni/o CO2.

18. Proceso según la reivindicación 17, donde el gas deseado comprende CO y/o CO2. 10