Un método para retirar un gas ácido (5) disuelto en un líquido (7) bajo presión,

comprendiendo dicho método:

reducir la presión de dicho líquido (7) en una primera proporción de expansión, siendo liberada una primeraparte de dicho gas (5) a partir de dicho líquido (7);

separar dicha primera parte de dicho gas (5) del líquido (7);

reducir la presión sobre el líquido (7) en una segunda proporción de expansión mayor que dicha primeraproporción de expansión, siendo liberada la segunda parte de dicho gas (5) a partir del líquido (7);

separar dicha segunda parte de dicho gas (5) del líquido (7); y

reducir la presión sobre el líquido (7) en una tercera proporción de expansión mayor que dicha segundaproporción de expansión, siendo liberada una tercera parte de dicho gas (5) a partir del líquido (7).

Método para retirar dióxido de carbono de gas de síntesis

5 Campo de la invención

La presente invención se refiere a un método y un aparato para separar gases, por ejemplo, retirar gases ácidos de una corriente de gas de síntesis que contiene hidrógeno y procedentes de la oxidación parcial o un proceso de gasificación.

En la producción de hidrógeno, el gas de síntesis que contiene hidrógeno así como también otros constituyentes no deseados, procede de varios procesos tales como la conversión de metano en forma de vapor, la reacción de conversión en fase gas de agua, y la gasificación de varios sólidos tales como carbón, coque e hidrocarburos líquidos pesados presentes en los productos residuales de refinerías de petróleo. Los componentes gaseosos no

deseados incluyen "gases ácidos" tales como dióxido de carbono y ácido sulfhídrico.

Resulta ventajoso "endulzar" el gas de síntesis mediante la retirada de los gases ácidos antes del procesado adicional, se usan varios tipos de sistemas de retirada de gases ácidos. Los sistemas de retirada de gases ácidos podrían usar disolventes bien químicos o bien físicos. Los sistemas de retirada de gases ácidos que usan un disolvente físico emplean disolventes tales como éteres dimetílicos o polietilenglicol, metanol o carbonato de propileno, que se ponen en contacto con el gas de síntesis bajo presión elevada (por ejemplo, 8.274 MPa (1.200 psia) en los que se los gases ácidos preferentemente son absorbidos por el disolvente. Posteriormente, se somete el disolvente a des-presurizado en una serie de "expansiones instantáneas" que liberan los gases ácidos disueltos del disolvente. Los sistemas de retirada de gases ácidos dan como resultado corrientes gaseosas sustancialmente

separadas para el ácido sulfhídrico y el dióxido de carbono. El ácido sulfhídrico está destinado a una unidad de recuperación de azufre, que la mayoría de las veces usa un proceso de Claus para recuperar el azufre. Normalmente, el dióxido de carbono es liberado a la atmósfera.

No obstante, con el fin de no contribuir más al calentamiento global que se cree está provocado por los gases de efecto invernadero tales como dióxido de carbono, resulta ventajoso fijar el dióxido de carbono en lugar de liberarlo a la atmósfera. Teniendo en consideración el volumen de gas objeto de fijación, es preferible usar formaciones geológicas tales como pozos petrolíferos o acuíferos salinos subterráneos para almacenar el dióxido de carbono. El dióxido de carbono se puede transportar por medio de tuberías y bombear al interior de la cabecera del pozo o del acuífero. La fijación en pozos petrolíferos confiere el beneficio adicional de mejorar la recuperación de petróleo a

partir de los pozos que se encuentran operativos.

La fijación de dióxido de carbono requiere la adición de compresión sustancial e instalaciones de bombeo al sistema de retirada de gases ácidos, a la vista de las elevadas presiones y los grandes volúmenes de gases que supone la fijación. Se calcula que, para el transporte por medio de tuberías y la fijación de los gases, el dióxido de carbono requiere una compresión hasta presiones mayores que 200 bar. De las diferentes etapas implicadas en la retirada de dióxido de carbono de la corriente de gas de síntesis que incluyen la captura del gas, compresión y transporte hasta el punto de almacenamiento, la compresión puede suponer más de 50 % del coste del proceso. Por tanto, no resulta sorprendente que los esfuerzos se hayan llevado a cabo con el fin de optimizar la etapa de compresión del proceso.

45 En un documento que lleva por título "Shift Reactors and Physical Absorpotion for Low-CO2 Emission IGCCs" (Journal of Engeneering for Gas Turbines and Power, Abrial 1999, Volumen 21, P. 265) los autores Chiesa y Consonni describen la operación de un sistema de retirada de gases ácidos en el que las proporciones de expansión de las etapas de expansión del disolvente que liberan el dióxido de carbono disuelto son constantes para todas las etapas de expansión. En el presente documento, Chiesa y Consonni muestran que el consumo de energía de la sección de separación y compresión del sistema de retirada de gases ácidos no cambia de manera apreciable cuando varían las presiones de las etapas de expansión (página 301) .

En un documento posterior que lleva por título "Co-production of Hydrogen, Electricity and CO2 from Coal with Commercially Ready Technology" (International Journal of Hydrogen Energy, 30 (2005) 747-767) los autores Chiesa,

55 Consonni y col. muestran la operación de un sistema de retirada de gases ácidos con "cuatro tambores instantáneos para reducir la energía de compresión de CO2" y en el que "las presiones de los tambores instantáneos intermedios se fijan con el fin de minimizar la energía total de compresión de CO2" (página 753) . La Tabla 4 (página 760) del documento muestra que entre las segunda y tercera etapas de expansión, aumenta la proporción de expansión. No obstante, se usa una proporción de expansión constante entre las etapas tercera y cuarta.

Al contrario que las consideraciones anteriormente mencionadas de la técnica anterior, los solicitantes han encontrado que se pueden obtener mejoras de eficacia significativas en la operación del sistema de retirada de gases ácidos que incluye la compresión del dióxido de carbono si se usan al menos tres etapas de reducción de presión, en las que se emplean proporciones de expansión crecientes en cada una de ellas. En el método de 65 acuerdo con la invención, mediante la operación con proporciones de expansión crecientes, se libera más dióxido de carbono a presiones elevadas, lo que reduce el trabajo que se requiere posteriormente para la compresión. Los

cálculos muestran que es posible obtener una disminución del consumo de energía para compresión tal como 4, 5 % con respecto a la técnica anteriormente mencionada (Chiesa et al, 1999) por medio del método de retirada de gases ácidos de acuerdo con la invención.

5 Breve sumario de la invención

La invención se refiere a un método para retirar un gas disuelto en un líquido a bajo presión. El método comprende reducir la presión del líquido en una primera proporción de expansión. Se libera una primera parte del gas a partir del líquido tras reducción de la presión. Posteriormente, se separa el gas del líquido. Se reduce la presión del líquido una segunda vez en una segunda proporción de expansión mayor que la primera proporción de expansión, después de lo cual se libera una segunda parte del gas a partir del líquido. Se separa la segunda parte del gas a partir del líquido, y se reduce la presión sobre el líquido una tercera vez en una tercera proporción de expansión mayor que la segunda proporción de expansión, siendo liberada una tercera parte del gas a partir del líquido.

El método además puede incluir comprimir las partes del gas liberado a partir del líquido, transportar y fijar las partes del gas en la instalación de almacenamiento.

En una aplicación de ejemplo específico, la invención se refiere a un método para retirar dióxido de carbono de una mezcla de gas que comprende hidrógeno. El método comprende poner en contacto la mezcla de gas con un disolvente físico líquido bajo presión. Preferentemente, el disolvente absorbe dióxido de carbono de la mezcla de gas. La presión sobre el disolvente posteriormente se reduce en una primera etapa de reducción de presión y una pluralidad de etapas posteriores de reducción de presión en las que cada etapa de reducción de presión tiene lugar a una proporción de expansión mayor que la etapa de reducción de presión que la precede. Se libera una parte del dióxido de carbono absorbido por el disolvente a partir del disolvente en cada etapa de reducción de presión.

El método además puede incluir reducir la presión del disolvente en una etapa de recuperación de gas producto que precede la primera etapa de reducción de presión. Se liberan dióxido de carbono y otros gases, incluyendo por ejemplo hidrógeno, a partir del disolvente en la etapa de recuperación del gas de producto. Se pretende que la etapa de recuperación de gas de producto recupere el hidrógeno u otros gases de producto (por ejemplo, monóxido de carbono o metano) absorbidos por el disolvente físico, y puede presentar una proporción de expansión mayor que la primera etapa de reducción de presión.

1. Un método para retirar un gas ácido (5) disuelto en un líquido (7) bajo presión, comprendiendo dicho método:

reducir la presión de dicho líquido (7) en una primera proporción de expansión, siendo liberada una primera parte de dicho gas (5) a partir de dicho líquido (7) ; separar dicha primera parte de dicho gas (5) del líquido (7) ; reducir la presión sobre el líquido (7) en una segunda proporción de expansión mayor que dicha primera proporción de expansión, siendo liberada la segunda parte de dicho gas (5) a partir del líquido (7) ;

separar dicha segunda parte de dicho gas (5) del líquido (7) ; y reducir la presión sobre el líquido (7) en una tercera proporción de expansión mayor que dicha segunda proporción de expansión, siendo liberada una tercera parte de dicho gas (5) a partir del líquido (7) .

2. El método de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende

comprimir dichas partes de gas; transportar dichas partes de gas; y fijar dichas partes de gas en una instalación de almacenamiento.

3. El método de acuerdo con las reivindicaciones 1 ó 2, que comprende liberar dicho gas (23) a partir de dicho líquido (19) mediante reducción de la presión sobre dicho líquido (19) en una etapa de reducción de presión de recuperación de producto antes de reducir la presión sobre el líquido (19) en dicha primera proporción de expansión.

4. El método de acuerdo con la reivindicación 3, en el que dicha etapa de reducción de presión de recuperación de 25 producto tiene una proporción de expansión mayor que dicha primera proporción de expansión.

5. El método de acuerdo con las reivindicaciones 3 ó 4, en el que el gas comprende dióxido de carbono e hidrógeno y el líquido comprende un disolvente físico (15) , comprendiendo además dicho método:

poner en contacto dicho gas con dicho disolvente físico (15) bajo presión, absorbiendo preferentemente dicho disolvente el citado dióxido de carbono de dicho gas.

6. El método de acuerdo con las reivindicaciones 3-5, que además comprende poner en contacto dicho gas (23)

liberado a partir de dicha etapa de reducción de presión de recuperación de producto con dicho líquido (17) bajo 35 presión.

7. El método de acuerdo con las reivindicaciones 5 ó 6, que comprende derivar el gas de un proceso que se escoge entre el grupo que consiste en conversión de metano en forma de vapor, reacción de conversión en fase gas de agua, oxidación parcial de gas natural, gasificación de carbón, gasificación de coque, oxidación parcial de

hidrocarburos pesados y sus combinaciones.

8. El método de acuerdo con las reivindicaciones 5, 6 ó 7, en el que dicho disolvente físico (15) se escoge entre el grupo que consiste en éteres dimetílicos de polietilenglicol, metanol, carbonato de propileno y sus combinaciones.

45 9. El método de acuerdo con las reivindicaciones 5-8, que además comprende separar dióxido de carbono de dicho disolvente poniendo en contacto dicho disolvente con un gas sustancialmente puro.

10. El método de acuerdo con la reivindicación 9, en el que el gas sustancialmente puro se escoge entre el grupo

que consiste en vapor y nitrógeno. 50