ES2316817T3 - Equipo divisor de flujo mejorado. - Google Patents

Abstract

Un absorbedor (110) que se configura para permitir la eliminación de un gas ácido procedente de un gas de alimentación (102) usando un disolvente pobre (122) y un disolvente semipobre (132) para producir de esta forma un disolvente rico (106) y un disolvente semirrico (124); un primer regenerador (120) configurado para recibir una primera porción (106A) del disolvente rico (106) y para producir el disolvente pobre (122) que se alimenta al absorbedor (110) y una primera corriente de cabeza del regenerador (126); un segundo regenerador (130) configurado para recibir una segunda porción (106B) del disolvente rico (106) y para producir el disolvente semipobre (132) que se alimenta al absorbedor (110) y una segunda corriente de cabeza del regenerador (136); caracterizado porque un intercambiador de calor (140) se configura para precalentar la segunda porción (106B) del disolvente rico (106) frente al disolvente pobre (122) procedente del primer regenerador (120); y el segundo regenerador (130) se configura para permitir la producción exclusiva de la segunda corriente de cabeza del regenerador (136) y el disolvente semipobre (132) procedente de la segunda porción (106B) del disolvente rico (106).

Description

Equipo divisor de flujo mejorado.

Esta solicitud reivindica el beneficio de la solicitud provisional de los Estados Unidos con número de serie 60/393.595 que se presentó el 3 de julio de 2002, y de la solicitud provisional con número de serie 60/467.719 que se presentó el 2 de mayo de 2003.

El campo de la invención es el procesado de gases, especialmente cuando se refiere a la eliminación de los componentes de gas ácido de diversos gases de alimentación, y concretamente a los gases de chimenea.

Se conocen en la técnica diversas configuraciones y procedimientos para eliminar el gas ácido de un gas de proceso (por ejemplo, diversos procesos de destilación, adsorción y absorción), y entre estos, los sistemas regeneradores-absorbedores se emplean frecuentemente como un sistema de purificación de gases relativamente robusto y eficaz con respecto al coste.

En un sistema regenerador absorbedor típico, el gas se pone en contacto en un absorbedor a contracorriente y el gas ácido (u otro componente gaseoso) se absorbe al menos parcialmente por un disolvente pobre para producir un disolvente rico y un gas de proceso purificado. El disolvente rico se calienta a continuación normalmente en un intercambiador de calor de flujo cruzado y se somete posteriormente a arrastre con aire a baja presión en un regenerador. El disolvente arrastrado de esta manera (es decir, el disolvente pobre) se enfría en el intercambiador de calor de flujo cruzado para reducir la temperatura del disolvente pobre antes de completar el bucle de regreso al absorbedor. De esta manera, dichos sistemas regeneradores-absorbedores permiten normalmente el trabajo en continuo a un coste relativamente bajo. Sin embargo, en muchas circunstancias la extensión de la eficiencia de eliminación del gas ácido no es satisfactoria, y especialmente cuando el gas ácido es dióxido de carbono, pueden a menudo no conseguirse estándares estrictos de emisión con un sistema estándar regenerador-absorbedor.

Para superar los problemas asociados con la eliminación del dióxido de carbono en dichos sistemas se puede aumentar la temperatura en el regenerador. Sin embargo, el aumento de la corrosividad y la degradación del disolvente limitan a menudo el grado de optimización de este proceso. Alternativamente, se puede emplear un ciclo de absorción con división de flujo, en el que se elimina el grueso del disolvente a partir de una etapa intermedia de la columna del regenerador y se recircula hasta una etapa intermedia del absorbedor. Se describe por Shoeld en la Patente de los Estados Unidos Nº 1.971.798 un procedimiento de división de flujo típico. En esta disposición únicamente una pequeña porción del disolvente se arrastra con aire hasta la concentración más baja, y se alcanza una elevada relación vapor a líquido para el arrastre con aire en los platos inferiores del regenerador, dando como resultado un uso de energía algo menor a concentraciones de salida relativamente bajas. Sin embargo, la reducción en el consumo de energía es relativamente baja debido a las ineficiencias termodinámicas en el arrastre (debido principalmente a las variaciones en la composición del disolvente a medida que éste circula en el interior del bucle de división).

Para solventar al menos alguno de los problemas con el proceso del bucle de división se han llevado a cabo diversas mejoras. Por ejemplo, una mejora en el proceso de división de flujo es controlar de manera más precisa la concentración de los disolventes. Para controlar de manera más precisa las concentraciones de disolvente son en general necesarias dos modificaciones. La primera modificación comprende un rehervidor intermedio, que se puede instalar en un regenerador principal para eliminar el agua mediante ebullición a partir del disolvente semipobre para ajustar la concentración de la corriente del disolvente semipobre a la concentración del disolvente pobre. La segunda modificación comprende un regenerador secundario para regenerar el condensado del regenerador principal El condensado del regenerador principal se envía a la sección superior del regenerador principal, en la que éste experimenta el arrastre parcial, y a continuación se arrastra adicionalmente hasta una concentración muy baja de gas disuelto en el regenerador secundario, antes de volver al rehervidor inferior del regenerador principal.

Debido a que sólo una porción relativamente pequeña del disolvente total (normalmente \sim 20%) se arrastra con aire hasta la concentración ultrabaja, se pueden alcanzar concentraciones de salida relativamente bajas con un uso de energía comparablemente bajo. Además, cuando se emplea metildietanolamina (MDEA) como disolvente en el procedimiento mejorado de división de flujo, se puede reducir la circulación de líquido en aproximadamente un 20%. Sin embargo, las modificaciones para mejorar el uso de energía y disminuir la circulación del disolvente requieren en general una modificación sustancial en la configuración del regenerador principal, y la instalación de un regenerador secundario, ambas de las cuales pueden dar como resultado costes sustanciales y un tiempo de inactividad significativo de un sistema absorbedor regenerador existente.

Se describe por Carnell y col. en la Patente de los Estados Unidos Nº 6.139.605 otra mejora en el procedimiento de división de flujo. Aquí, se utilizan dos columnas regeneradoras en las que un regenerador primario produce un disolvente semipobre y en el que un regenerador secundario produce un disolvente ultrapobre. Una pequeña porción del gas de proceso purificado que sale del absorbedor se expande hasta un nivel de presión bajo produciendo por tanto un gas de proceso purificado enfriado. La corriente de disolvente ultrapobre calentada que sale del regenerador secundario se enfría mediante el gas de proceso purificado enfriado produciendo por tanto un gas de proceso purificado calentado, que se alimenta posteriormente al regenerador secundario. A continuación, el gas recirculado se recupera a partir del regenerador secundario y se alimenta de nuevo al interior de la corriente de gas de alimentación al absorbedor.

El uso de un gas de proceso calentado en vez de un disolvente rehervido en el regenerador secundario disminuye ventajosamente la presión parcial del vapor del disolvente en el regenerador secundario y permite al regenerador secundario trabajar a una temperatura inferior que la de la columna del regenerador primario. Que trabaje el regenerador secundario a una temperatura reducida da normalmente como resultado una corrosividad reducida del disolvente, que a su vez puede permitir el uso de materiales baratos tales como el acero al carbono en lugar del acero inoxidable convencional. Además, se puede combinar un procedimiento de división de flujo que use sustitución de vapor con tecnología de absorción irreversible de lecho fijo, por ejemplo, para eliminar H_{2}S y o COS del gas recirculado en un lecho de sorbente sólido, asegurando por tanto una vida relativamente larga del lecho del absorbedor. Sin embargo, debido al uso de gas recirculado y al uso de una columna regeneradora secundaria, el retroajuste de las combinaciones absorbedor-regenerador existentes puede ser relativamente caro y consumir tiempo.

El documento US-A-3 962 404 describe una planta y el procedimiento para regenerar soluciones absorbentes usadas para la eliminación de impurezas gaseosas de las mezclas gaseosas mediante arrastre con vapor. La planta y el procedimiento tienen desventajas operativas y económicas.

Por tanto, aunque se conocen en la técnica diversas mejoras en la configuración básica de un procedimiento absorbedor-regenerador, todas o casi todas ellas plantean una o más desventajas. Por tanto, existe una necesidad de proporcionar configuraciones y procedimientos mejorados para la eliminación de un componente gaseoso de los gases de proceso.

La presente invención se dirige en general a configuraciones para la eliminación del gas ácido procedente de diversos gases de alimentación, y especialmente gases de chimenea a baja presión, en el que un absorbedor recibe una corriente de disolvente pobre y una semipobre, en el que cada una de las corrientes de disolvente se forma a partir de un disolvente rico mediante un primer y un segundo regenerador. En dichas configuraciones, se prefiere especialmente que el primer y segundo regeneradores se integren térmicamente, y se contempla también una integración térmica adicional entre algunas configuraciones y una planta de energía eléctrica.

En un aspecto de la materia sujeto inventiva, una planta incluye un absorbedor que elimina un gas ácido de un gas de alimentación usando un disolvente pobre y un disolvente semipobre, produciendo por tanto un disolvente semirrico y un disolvente rico. Un primer regenerador recibe una primera porción del disolvente rico, produciendo por tanto el disolvente pobre y una corriente de cabeza del primer regenerador, y un segundo regenerador recibe una segunda porción del disolvente rico, produciendo por tanto el disolvente semipobre y una corriente de cabeza del segundo regenerador, en el que la corriente de cabeza del segundo regenerador y el disolvente semipobre se producen de manera sustancialmente exclusiva a partir de la segunda porción del disolvente rico.

En las configuraciones especialmente preferidas de dichas plantas, la segunda porción del disolvente rico se precalienta en un intercambiador de calor frente al disolvente pobre procedente del primer regenerador, y/o el segundo regenerador recibe el vapor de un componente de la planta (por ejemplo, condensado de vapor instantáneo de un rehervidor de vapor del primer regenerador). Además, debería apreciarse especialmente que en la mayoría, sino en todas las configuraciones contempladas, el absorbedor trabajará a una presión que es inferior a la presión del primer y/o el segundo regenerador. Dichas disposiciones son particularmente útiles cuando el gas de alimentación es un gas de chimenea con presión relativamente baja (por ejemplo, menor de 207 kPa (30 psia), y/o un contenido significativo de oxígeno (por ejemplo, entre un 0,25% (vol.) y un 20% (vol.)) a niveles moderados de dióxido de carbono (por ejemplo, entre un 0,25% (vol.) y un 30% (vol.)).

Los absorbedores especialmente contemplados pueden incluir un termocambiador intermedio que enfría al menos uno del disolvente semipobre y el disolvente semirrico (o una mezcla de los mismos). Con respecto a la integración térmica de las configuraciones adecuadas de eliminación de gas ácido, se contempla en general que todos los procesos que proporcionan y/o reciben energía térmica pueden acoplarse operativamente con la configuración de eliminación del gas ácido. Sin embargo, se prefiere en general que la configuración de eliminación de gas ácido pueda recibir un nivel elevado de calor desde una planta de energía así como del gas de chimenea, y pueda proporcionar adicionalmente un nivel bajo de calor a la planta de energía (por ejemplo, del enfriador del disolvente pobre, el enfriador del disolvente semipobre, el condensador del regenerador, y/o el termocambiador intermedio).

De esta manera, observándose desde otra perspectiva, las plantas contempladas incluirán preferiblemente un absorbedor que elimine un gas ácido de un gas de chimenea a baja presión usando un disolvente pobre y un disolvente semipobre, en el que el disolvente pobre se produce mediante un primer regenerador que trabaja a una primera presión, el disolvente semipobre se produce mediante un segundo regenerador que trabaja a una segunda presión, y en el que cada una de la primera o segunda presiones es mayor que una presión del gas de chimenea a baja presión.

Diversos objetos, características, aspectos y ventajas de la presente invención serán más evidentes a partir de la siguiente descripción detallada de las formas de realización preferidas de la invención, junto con los dibujos que la acompañan en los que números de referencia similares representan componentes similares.

Breve descripción de los dibujos

la fig. 1 es una representación esquemática de una configuración a modo de ejemplo de una planta de procesado de gas según la materia sujeto inventiva.

la fig. 2 es una representación esquemática de otra configuración mejorada a modo de ejemplo de una planta de procesado de gas según la materia sujeto inventiva.

la fig. 3 es una representación esquemática de una configuración a modo de ejemplo de una planta de procesado de gas según la materia sujeto inventiva.

la fig. 4A es una representación esquemática de una configuración a modo de ejemplo de la integración térmica de una planta de procesado de gas según la materia sujeto inventiva.

la fig. 4B es una representación esquemática de otra configuración a modo de ejemplo de la integración térmica de una planta de procesado de gas según la materia sujeto inventiva.

Los inventores descubrieron que las configuraciones en las que se emplean un disolvente pobre y un disolvente semipobre para la eliminación de un componente gaseoso (y especialmente un gas ácido) de un gas de alimentación se pueden operar con eficiencia mejorada cuando el disolvente pobre y el disolvente semipobre se producen en regeneradores separados. Inesperadamente, a pesar del aumento de los requerimientos del caudal del disolvente de dichas configuraciones, los inventores descubrieron que todas o casi todas las configuraciones contempladas proporcionan ventajas económicas significativas que se deben predominantemente a la reducción en la demanda de energía térmica.

Además, los inventores descubrieron que incluso se pueden mejorar adicionalmente diversos aspectos operativos de las configuraciones contempladas cuando (a) el disolvente del regenerador semipobre se somete a arrastre con vapor instantáneo procedente del condensado producido en el hervidor del regenerador pobre, (b) se emplea un absorbedor termocambiador intermedio que mantiene una temperatura baja del disolvente a lo largo del absorbedor, y/o (c) cuando la energía térmica de entrada y salida se integra en otra planta (por ejemplo, planta de energía, planta de reformado, etc.).

En la Figura 1 se representa gráficamente una configuración a modo de ejemplo en la que una planta 100 en la que un gas de alimentación 102 entra en el absorbedor 110 a una presión de gas de alimentación. El disolvente pobre 122 entra en una porción superior del absorbedor 110 y entra en contacto con el gas de alimentación en el interior del absorbedor para formar el disolvente semirrico 124, que se alimenta a una porción inferior del absorbedor 110. El disolvente semirrico 124 se puede mezclar con el disolvente semipobre 132 para formar un disolvente mixto (no se muestra). Alternativamente, el disolvente semirrico 124 y el disolvente semipobre 132 pueden entrar también en la porción inferior del absorbedor por separado. Además, y dependiendo de la configuración concreta, el disolvente semirrico 124, el disolvente semipobre 132, y/o el disolvente mixto se pueden enfriar mediante un absorbedor termocambiador intermedio 150. Debería reconocerse adicionalmente que se pueden usar múltiples termocambiadores intermedios en conjunción con las enseñanzas presentadas en el presente documento, en el que cada uno de los termocambiadores intermedios puede enfriar un lado del tiro del absorbedor. Por tanto, y en este contexto, se pueden enfriar múltiples corrientes de disolvente semirrico. En consecuencia, se puede omitir un enfriador semipobre como el que se muestra en las Figuras 1 y 2.

El disolvente rico 106 saldrá del absorbedor 110 por o cerca de la parte inferior del absorbedor, y el gas de alimentación procesado saldrá del absorbedor 110 en forma de gas pobre 104. El disolvente rico 106 se divide a continuación en una primera y segunda porción (106A y 106B, respectivamente), en el que ambas porciones se calientan en un intercambiador de flujo cruzado 140 de disolvente frente al disolvente pobre procedente del primer regenerador 120 y el disolvente semipobre 132 procedente del segundo regenerador 130. Por supuesto, debería reconocerse que cuando sea deseable, el disolvente rico puede calentarse en primer lugar en el intercambiador de flujo cruzado (u otra fuente adecuada de calor) antes de que el disolvente rico se divida en la primera y segunda porciones.

El primer regenerador 120 elimina el componente gaseoso (por ejemplo, el gas ácido) del disolvente 106A con calor proporcionado por el hervidor de vapor 128. La corriente de cabeza del primer regenerador 126 se enfría adicionalmente en el condensador del regenerador 160 y se separa en condensado y gas ácido en el acumulador 162. El disolvente pobre 122 procedente del primer regenerador 120 se reintroduce en el absorbedor 110 tras el intercambio de calor en el intercambiador de flujo cruzado 140 (más arriba).

El segundo regenerador 130 elimina desde la segunda porción 106B al menos parte del componente gaseoso para generar el disolvente semipobre 132 y la corriente de cabeza del segundo regenerador 136, que se combina a continuación con la corriente de cabeza del primer regenerador 126. Se puede lavar también la corriente 136 en una sección de lavado de la parte superior del primer regenerador. Debería apreciarse especialmente que la segunda porción del disolvente rico 106B se caliente en el intercambiador de flujo cruzado (por ejemplo, frente al disolvente pobre 122 y/o el disolvente semipobre 132) para potenciar la regeneración del disolvente semipobre sin gasto adicional de energía térmica. Adicional, o alternativamente, tal como se representa gráficamente en la Figura 2, se puede estimular también la regeneración del disolvente semipobre 232 en el segundo regenerador 230 mediante el vapor 276 que se genera en la planta de tratamiento de gas 200 (o en otra parte). Aquí, el vapor 276 se deriva desde el hervidor de vapor 228 del primer regenerador 220, en el que el condensado 272 procedente del rehervidor 228 se expande instantáneamente hasta la presión de trabajo del segundo regenerador, y se separa en el tambor de expansión instantánea 280 en condensado líquido instantáneo 274 y condensado de vapor instantáneo 276 (con respecto al resto de la configuración, se aplican las mismas consideraciones que para la Figura 1). Debería reconocerse especialmente que en dichas configuraciones el vapor disminuirá la carga de gas ácido en el disolvente semipobre, lo que reducirá a la vez la velocidad de circulación global del disolvente. Increíblemente, no se necesita importar vapor adicional desde una fuente externa de la planta puesto que el vapor ya está disponible como un subproducto procedente del rehervidor de vapor.

Se contempla en general que la fuente, composición, y otros parámetros de los gases de alimentación adecuados pueden variar considerablemente, y la composición concreta, presión, temperatura, etc., dependerán predominantemente de la fuente concreta. Sin embargo, los gases de alimentación especialmente preferidos incluyen gases de chimenea del quemador del reformador o el gas de salida de la turbina. Debería apreciarse adicionalmente que se contemplan también otros gases diferentes de los de los gases de chimenea de una turbina de combustión, incluyendo el gas natural, o diversos gases de refinería, gases de combustión, o gases combinados procedentes de múltiples fuentes, todos los cuales pueden pretratarse o no (el pretratamiento contemplado puede incluir el fraccionamiento, la filtración, el lavado mediante lluvia de líquidos, y la combinación o dilución con otros gases). De esta manera, la composición química puede variar sustancialmente, pero los gases de alimentación adecuados tienen preferiblemente poca cantidad de dióxido de carbono (normalmente entre un 0,25 y un 30% en vol.) y un contenido en oxígeno relativamente alto (normalmente entre un 0,25 y un 20% en vol.). En consecuencia, dependiendo de la naturaleza del gas de proceso y de las propiedades físico-químicas del disolvente, el compuesto gaseoso no se limita necesariamente al dióxido de carbono, sino que puede incluir también sulfuro de hidrógeno, nitrógeno, oxígeno, hidrógeno, y/o helio, etc.

Se contempla adicionalmente que la presión del gas de alimentación sea normalmente relativamente baja y en general estará en el intervalo de entre 1 kPa (0,1 psia) y 207 kPa (30 psia). Sin embargo, las presiones mayores contempladas incluyen presiones de entre aproximadamente 207 kPa (30 psia) y 1034 kPa (150 psia) y menos normalmente entre aproximadamente 1034 kPa (150 psia) y 2068 kPa (300 psia). Similarmente, la temperatura de los gases de alimentación contemplados puede variar y dependerá predominantemente de la fuente concreta y/o el uso de una unidad de recuperación de calor.

Con respecto al absorbedor, se contempla que todos los absorbedores convencionales se consideran adecuados para el uso en conjunción con las enseñanzas presentadas en el presente documento. Por ejemplo, los absorbedores contemplados incluyen absorbedores de lecho empaquetado aleatorio con una capacidad de hasta 30 millones de pies cúbicos estándar por hora (236 m^{3}/s) (e incluso más), pero pueden incluir diversos tipos, tamaños, y capacidades alternativas. Entre otras variaciones, los absorbedores contemplados pueden incluir absorbedores de lecho empaquetado estructurado o absorbedores de tipo plato. Similarmente, cuando se van a purificar grandes capacidades de gas de proceso, se pueden utilizar múltiples absorbedores con la misma o diferente capacidad. Las capacidades de gas de alimentación contempladas incluyen caudales de entre 1-50 millones de pies cúbicos estándar por hora (MMSCF/h) (7,87-393,5 m^{3}/s), e incluso, se contemplan también caudales mayores de entre 50-100 MMSCF/h (393,5-787 m^{3}/s). Por otra parte, cuando se van a purificar cantidades más pequeñas de gas de proceso, se consideran también adecuados caudales de entre 0,1-50 MMSCF/h (0,80-393,5 m^{3}/s) y menos.

Debería señalarse particularmente que en aspectos preferidos de la materia sujeto inventiva, el absorbedor trabaja a una presión que es sustancialmente idéntica (+/- 34 kPa, 5 psi) a la presión del gas de alimentación (que puede proporcionarse directamente al absorbedor como gas de salida con o sin una soplante). Por tanto, las presiones de absorbedor adecuadas estarán normalmente en el intervalo de entre aproximadamente 34 kPa (5 psia) a 172 kPa (25 psia), más normalmente en el intervalo de aproximadamente 69 kPa (10) a 138 kPa (20 psia) y lo más normal en el intervalo de aproximadamente 96 kPa-117 kPa (14-17 psia). Alternativamente, la presión del absorbedor puede también exceder los 138 kPa (20 psia), y no se excluyen presiones adecuadas de hasta 2068 kPa (300 psia) (e incluso mayores).

Similarmente, debería reconocerse que el primer y segundo regeneradores pueden variar sustancialmente en tipo y volumen, y el tipo y volumen de los regeneradores adecuados dependerán al menos en parte del absorbedor y de la naturaleza del gas de alimentación. Por tanto, se contempla en general que todas las configuraciones convencionales se consideran adecuadas para el uso en conjunción con el presente documento siempre que un primer y segundo regenerador reciban una primera y segunda porción de un disolvente rico directa o indirectamente desde el absorbedor, respectivamente, y siempre que la corriente de cabeza y el disolvente semipobre del segundo regenerador se produzcan de manera sustancialmente exclusiva a partir de la segunda porción del disolvente rico. El término "producido de manera sustancialmente exclusiva a partir de la segunda porción del disolvente rico" tal como se usa en el presente documento significa que la corriente gaseosa rica que sale de la parte superior del primer regenerador no se dirige normalmente (o si lo hace, no en más de un 20% en vol.) hacia el regenerador del disolvente semipobre y/o que la alimentación del segundo regenerador comprende al menos un 80% de la segunda porción del disolvente rico. Opcionalmente, no se incluyen en esta definición el gas de arrastre o el vapor añadidos (véase por ejemplo, la Figura 2).

En consecuencia, debería reconocerse especialmente que la presión parcial del componente de gas ácido en cualquier alimentación de vapor en el segundo regenerador permanece relativamente baja. Además, debería apreciarse que se puede operar el segundo regenerador como un tambor de expansión instantánea que recibe el disolvente rico calentado y que puede recibir además vapor para reducir la presión parcial del gas ácido por encima del disolvente en el tambor de expansión instantánea.

Con respecto a las presiones adecuadas en el primer y segundo regeneradores, se contempla en general que la presión en al menos uno del primer y segundo regenerador es mayor que en el absorbedor, y debería reconocerse que una presión concreta en el primer y/o segundo regenerador dependerá predominantemente del disolvente concreto y de la concentración del disolvente, temperatura, y/o carga de dióxido de carbono (residual) en el disolvente. De esta manera, las diferencias de presión contempladas entre al menos uno de los regeneradores y el absorbedor serán a menos de 14 kPa (2 psi), más normalmente al menos de 34 kPa (5 psi) y lo más normal entre 69-103 kPa (10-15 psi). Además, con respecto a la cantidad de vapor proporcionada al segundo regenerador, debería reconocerse que las cantidades de vapor pueden variar considerablemente.

Igualmente, el rehervidor del primer regenerador no está restringido a un rehervidor que funcione con vapor, sino que también pueden haber rehervidores alternativos, incluyendo los calentados con aceite, o los calentados a la llama, o rehervidores calentados eléctricamente. Además, debería reconocerse que las bombas, válvulas, y conducciones adecuadas estarán fácilmente disponibles para una persona normalmente experta en la técnica, y que su implementación en las configuraciones según la materia sujeto inventiva no requerirá experimentación excesiva.

Con respecto al disolvente, se prefiere en general que el disolvente sea un disolvente acuoso que contenga amina (disolvente químico), y los disolventes particularmente preferidos incluyen aquellos que comprenden monoetanolamina (MEA). Sin embargo, debería reconocerse que se consideran también apropiados numerosos disolventes alternativos, incluyendo disolventes físicos y químicos, y cualquier combinación razonable de los mismos. Por ejemplo, los disolventes físicos incluyen SELEXOL^{TM} (un dimetil éter de polietilenglicol) y metanol, mientras que los disolventes químicos incluyen aminas orgánicas y aminas mixtas. Los disolventes químicos especialmente contemplados son MEA, dietanolamina, diglicolamina, y metildietanolamina. Debería apreciarse adicionalmente que son también apropiados los codisolventes en combinación con el disolvente contemplado. Los disolventes adecuados están comercialmente disponibles, o se pueden preparar a medida para los objetivos seleccionados. Además, y especialmente cuando el gas de alimentación comprende cantidades apreciables de oxígeno, los disolventes contemplados pueden incluir adicionalmente inhibidores de la corrosión. Existen numerosos inhibidores de la corrosión conocidos en la técnica, y se describen inhibidores a modo de ejemplo, por ejemplo, en las Patentes de los Estados Unidos N^{os} 6.036.888, 4.596.849, o 4.372.873. Otros reactivos también adecuados que se pueden añadir o incluir a los disolventes contemplados son agentes antiespumantes, tampones, sales metálicas, etc.

Con respecto al calentamiento de la(s) corriente(s) de disolvente rico y al enfriamiento de la corriente de disolvente pobre y/o corriente de disolvente semipobre, se contempla que sean también apropiados diversos dispositivos diferentes de un intercambiador de calor de flujo cruzado. Por ejemplo, se puede calentar la corriente de disolvente rico utilizando calor residual procedente del rehervidor de vapor, o procedente de otras fuentes de calor diferentes de un intercambiador de calor, que incluyen fluidos calientes, gases calientes, y electricidad. Similarmente, el enfriamiento de la corriente de disolvente pobre y la corriente de disolvente semipobre se puede llevar a cabo con un único, o dos dispositivos de enfriamiento independientes que emplean agua, aire, u otros refrigerantes como líquidos refrigerantes. Los dispositivos de enfriamiento pueden por tanto estar acoplados energéticamente o ser independientes del procedimiento de purificación del gas. Aunque se emplean preferiblemente enfriadores secundarios para dicho enfriamiento, se contemplan también diversas configuraciones alternativas, que incluyen enfriadores secundarios múltiples o un enfriador secundario único con dos canales independientes para las dos corrientes de disolvente. Más aún, y especialmente cuando la corriente de disolvente semirrico se mezcla con la corriente de disolvente semipobre, se puede emplear el termocambiador intermedio para enfriar el disolvente mixto, y/o la corriente de disolvente semirrico y/o semipobre. Los enfriadores contemplados reducen preferiblemente la temperatura de la corriente de disolvente pobre y la corriente de disolvente semipobre más de 10ºC, más preferiblemente más de 25ºC, y lo más preferible más de 50ºC. Sin embargo, y especialmente cuando se emplea un termocambiador intermedio, se consideran también adecuadas reducciones alternativas de la temperatura. Los sistemas de enfriamiento alternativos incluyen platos enfriados por serpentín o intercambiadores de calor internos.

En otros aspectos alternativos adicionales de la materia sujeto inventiva, la corriente de disolvente semirrico no necesita limitarse a una corriente de disolvente semirrico única con una carga concreta de dióxido de carbono (por ejemplo, mayor de 0,3), sino que puede incluir múltiples corrientes de disolvente semirrico con idéntica o diferente carga de dióxido de carbono, siempre que al menos parte de la corriente de disolvente semirrico se alimente de nuevo a una porción inferior del absorbedor. Por ejemplo, se pueden extraer del absorbedor las corrientes de disolvente semirrico apropiadas en diferentes posiciones que pueden tener o no la misma distancia vertical desde la parte superior del absorbedor. Se pueden encontrar configuraciones adicionales y aspectos relevantes para las configuraciones y procedimientos contemplados en la solicitud norteamericana de los autores de esta invención, pendiente de concesión y de propiedad compartida, con el número de serie 09/831.582, que se presentó el 11 de Mayo de 2001.

En otros aspectos adicionales contemplados de las configuraciones según la materia sujeto inventiva, se puede proporcionar también el vapor a baja presión 270 para el rehervidor desde una fuente diferente a la planta de tratamiento de gas y las fuentes especialmente adecuadas incluyen unidades de recuperación de calor de diversas plantas (más abajo). De esta manera, y al menos desde una perspectiva tal como se muestra en la Figura 3, las configuraciones de planta contempladas incluyen aquellas en las que una planta de recuperación (por ejemplo, una planta de tratamiento de gas para recuperación de dióxido de carbono) está integrada térmicamente con una planta de energía, en la que se proporciona un bajo nivel de calor desde la planta de recuperación a la planta de energía, mientras que se proporciona a la vez un elevado nivel de calor desde la planta de energía a la planta de recuperación. Por ejemplo, una planta de recuperación puede proporcionar calentamiento para el agua de alimentación de un hervidor de una planta de energía desde las fuentes de calor de la planta de recuperación que incluyen enfriadores de disolvente (por ejemplo, enfriador de disolvente pobre, enfriador de disolvente semipobre), o condensadores (por ejemplo, condensador regenerador), mientras que la planta de energía puede proporcionar ventajosamente calor para convertir el condensado de vapor a baja presión en vapor a baja presión que opera el rehervidor de vapor del primer regenerador en la planta de recuperación. Los términos "planta de tratamiento de gas", "planta de procesado de gas" y "planta de recuperación" se usan de manera intercambiable en el presente documento y se refieren a las plantas contempladas en las que un componente gaseoso (normalmente gas ácido, más normalmente dióxido de carbono) se elimina a partir de un gas de alimentación.

Los esquemas de integración térmica aún más preferidos de las plantas contempladas incluyen aquellos en los que la demanda de energía térmica para la planta de recuperación se proporciona al menos en parte, o incluso completamente, mediante la fuente de gas de alimentación que se va a tratar con la planta de recuperación. Por ejemplo, la Figura 4A representa gráficamente una configuración en la que el gas de chimenea (por ejemplo, procedente de un reformador) se dirige a través de una unidad de recuperación de calor en la que el agua de alimentación del hervidor se convierte en vapor a baja presión que se puede usar para hacer funcionar el primer regenerador de una planta que tiene una configuración de la Figura 1. Cuando se requiera, se puede usar combustible adicional para aumentar la temperatura en la unidad de recuperación de calor (por ejemplo, mediante calentamiento de la conducción). Alternativamente, tal como se muestra en la Figura 4B, cuando el calor del gas de la chimenea en la unidad de recuperación de calor es suficientemente elevado, se puede generar energía usando vapor a alta presión que se genera en la unidad de recuperación de calor. El vapor a baja presión resultante de la generación de energía puede a continuación emplearse en la unidad de recuperación para impulsar los procesos que requieran energía térmica (por ejemplo, el rehervidor de vapor del primer regenerador). De esta manera, debería reconocerse particularmente que cuando las plantas de eliminación de gas ácido conocidas hasta el momento satisfacen sus demandas térmicas con un hervidor de vapor diferente (que genera a su vez gases ácidos de nuevo en el horno del hervidor), las configuraciones contempladas emplean el contenido de calor del gas de la chimenea (u otra fuente de calor en la planta que genera el gas de la chimenea) para impulsar el(los) proceso(s) dependiente(s) de calor en la planta de recuperación.

Dichas configuraciones de integración térmica son particularmente ventajosas cuando el gas de la chimenea contiene oxígeno en una cantidad suficiente para soportar la combustión de combustible adicional (normalmente oxígeno a una concentración del 4% (vol.), o más). Por tanto, los gases de chimenea especialmente adecuados incluyen salidas de la turbina de gas y gases de la chimenea del reformador. En dichas configuraciones, una unidad de recuperación de calor se sitúa corriente arriba de una unidad de tratamiento del gas de la chimenea (por ejemplo, desulfuración y/o eliminación del dióxido de carbono) en el que se lleva a cabo el calentamiento de las conducciones mediante inyección de gas natural u otro combustible al gas de la chimenea. La combustión del gas natural u otro combustible con el oxígeno restante del gas de la chimenea aumenta la temperatura del gas de la chimenea hasta el punto en el que el vapor puede ascender y enviarse al rehervidor del primer regenerador de las Figuras 1 ó 2.

Entre otras ventajas, debería reconocerse que dichos procesos son normalmente superiores a la generación de vapor de un hervidor o a la extracción desde una turbina de vapor, ya que (a) el gas de la chimenea está ya caliente, y en consecuencia la cantidad de gas natural u otro combustible requerido es más pequeña que la cantidad requerida en un hervidor; (b) el gas de la chimenea se vuelve más concentrado en dióxido de carbono, aumentando por tanto significativamente la eficiencia de la captura de dióxido de carbono en el proceso; (c) la concentración de oxígeno del gas de la chimenea se reduce, reduciendo de esta manera las velocidades de degradación de la amina en el proceso de eliminación del gas ácido, (d) la alta temperatura alcanzada tras el calentamiento de la conducción permite la adición de una unidad de eliminación de NO_{x}, (e) evita nuevas emisiones de dióxido de carbono desde un hervidor diferente requerido de otra manera para producir el vapor para la regeneración del disolvente, y (f) reduce el coste global.

Para determinar el beneficio económico de una configuración a modo de ejemplo usando las configuraciones de integración térmica contempladas, se llevaron a cabo simulaciones comparativas usando un proceso que daba como resultado la producción de 413 ton/día de dióxido de carbono (véase la Figura 4B). Para comparación (caso A), un gas de chimenea de reformador típico, conteniendo 6,0% de dióxido de carbono a 150ºC (302ºF) se envía directamente a los procesos de desulfuración del gas de la chimenea y Econamine FG Plus (un proceso que es sustancialmente tal como se representa gráficamente en las Figuras 1 y 2). Por el contrario (caso B), el mismo gas de la chimenea se envió en primer lugar a través de una unidad de recuperación de calor que se integró térmicamente con los mismos procesos de desulfuración de gas y Econamine FG Plus. Se compararon los dos casos a moles constantes de dióxido de carbono recuperado y altura constante del paquete absorbedor. Se diseñó el proceso Econamine FG Plus con configuración de división de flujo, absorbedor con termocambiador intermedio, 35% en peso de MEA acuoso como disolvente y con una temperatura mínima de entrada al intercambiador de flujo cruzado de -9ºC (15ºF). La temperatura del gas de la chimenea en la unidad de desulfuración/DCC se ajustó a 40ºC (104ºF).

1

La concentración de dióxido de carbono del gas de la chimenea aumenta desde 6,0 a 7,2%, aumentando de esta manera la capacidad del disolvente MEA. Se puede obtener la misma eliminación con una velocidad de circulación baja y el aumento en la carga rica hace el arrastre por aire más fácil. El resultado es una reducción de la potencia del rehervidor de aproximadamente un 6,9%. La energía de la soplante aumenta, debido a la caída de presión que experimenta el gas de la chimenea en la unidad de recuperación de calor (ajustada a 10 pulgadas (25 cm) de H_{2}O).

Alternativamente, se puede generar energía mediante la producción de más presión de vapor en la unidad de recuperación de calor (véase la Figura 4B). El vapor se puede sobrecalentar y expandir en una turbina y se puede enviar el vapor de de la extracción a 345 kPa ((50 psig) sobrecalentado) al rehervidor, a la vez que se produce algo de energía para satisfacer la demanda del proceso Econamine FG Plus. Se obtiene un tercer caso (C) con el simulador para reproducir esta configuración, con una presión de vapor de 3.013 kPa (450 psig). La Tabla siguiente informa de los resultados de esta estimulación, comparando el tercer caso C con el caso B.

2

Como se puede observar, usando aproximadamente un 30% más de gas natural, se producen 2,1 MW (2.847 hp). Esta energía satisface completamente el consumo de la soplante que es con mucho la mayor parte del consumo de energía de la unidad en el proceso.

Por tanto, los inventores contemplan en general una planta que incluye un absorbedor que elimina un gas ácido procedente de un gas de alimentación usando un disolvente pobre y un disolvente semipobre, produciendo por tanto un disolvente semirrico y un disolvente rico. Dichas plantas comprenderán adicionalmente un primer regenerador que recibe una primera porción del disolvente rico, produciendo por tanto el disolvente pobre y una primera corriente de cabeza del regenerador, y un segundo regenerador que recibe una segunda porción del disolvente rico, produciendo por tanto el disolvente semipobre y una segunda corriente de cabeza del regenerador, en la que la segunda corriente de cabeza del regenerador y el disolvente semipobre se producen de manera sustancialmente exclusiva a partir de la segunda porción del disolvente rico. Preferiblemente, la segunda porción del disolvente rico se precalienta en un intercambiador de calor frente al disolvente pobre procedente del primer regenerador, y/o el segundo regenerador recibe además vapor procedente de un componente en la planta (por ejemplo, el hervidor de vapor del primer regenerador, el vapor puede ser un condensado de vapor instantáneo procedente del hervidor de vapor).

En la mayor parte, sino en todos los aspectos preferidos, el absorbedor (comprendiendo además preferiblemente un termocambiador intermedio que enfría el disolvente semipobre, semirrico y/o un disolvente mixto) operará a una presión que es inferior a la presión de operación del primer regenerador y a una presión de operación del segundo regenerador. Por ejemplo, un gas de alimentación adecuado que entra en el absorbedor puede ser un gas de chimenea a una presión no superior a 138 kPa (20 psia) (por ejemplo, el gas ácido en el gas de alimentación es dióxido de carbono y tiene una concentración comprendida entre un 0,5% (vol.) y un 3,5% (vol.) y en el que el gas de alimentación comprende además oxígeno a una concentración comprendida entre un 5% (vol.) y un 15% (vol.)).

Las plantas contempladas pueden además estar térmicamente integradas con otras plantas (por ejemplo, plantas de producción de gas de amoníaco con un reformador, una planta de energía con una turbina de gas, etc.) que pueden proporcionar calor (normalmente calor de alto nivel para el hervidor de vapor) y, ventajosamente, el gas de alimentación, mientras que la otra planta puede recibir también calor desde las plantas contempladas (normalmente calor de bajo nivel para precalentar el agua de alimentación del hervidor). De esta manera, visto desde otra perspectiva, las plantas contempladas incluirán un absorbedor que elimina un gas ácido procedente de un gas de chimenea a baja presión usando un disolvente pobre y un disolvente semipobre, en el que el disolvente pobre se produce mediante un primer regenerador que funciona a una primera presión, el disolvente semipobre se produce mediante un segundo regenerador que funciona a una segunda presión, y en el que cada una de la primera y segunda presiones son mayores que una presión del gas de chimenea a baja presión.

Se han descrito, de esta manera, las formas de realización y aplicaciones específicas de las configuraciones de división de flujo mejoradas.

Claims (12)

1. Una planta que comprende:

un absorbedor (110) que se configura para permitir la eliminación de un gas ácido procedente de un gas de alimentación (102) usando un disolvente pobre (122) y un disolvente semipobre (132) para producir de esta forma un disolvente rico (106) y un disolvente semirrico (124);

un primer regenerador (120) configurado para recibir una primera porción (106A) del disolvente rico (106) y para producir el disolvente pobre (122) que se alimenta al absorbedor (110) y una primera corriente de cabeza del regenerador (126);

un segundo regenerador (130) configurado para recibir una segunda porción (106B) del disolvente rico (106) y para producir el disolvente semipobre (132) que se alimenta al absorbedor (110) y una segunda corriente de cabeza del regenerador (136);

caracterizado porque

un intercambiador de calor (140) se configura para precalentar la segunda porción (106B) del disolvente rico (106) frente al disolvente pobre (122) procedente del primer regenerador (120); y

el segundo regenerador (130) se configura para permitir la producción exclusiva de la segunda corriente de cabeza del regenerador (136) y el disolvente semipobre (132) procedente de la segunda porción (106B) del disolvente rico (106).

2. La planta de la reivindicación 1 en la que el segundo regenerador (130) se configura adicionalmente para recibir un vapor (276) procedente de un componente de la planta.

3. La planta de la reivindicación 2 en la que el componente es un rehervidor de vapor (128) del primer regenerador (120) y en la que el vapor es un condensado de vapor instantáneo procedente del rehervidor de vapor (128).

4. La planta de la reivindicación 1 en la que el absorbedor (110) se configura para funcionar a una presión que es inferior a la de una presión de trabajo del primer regenerador (120) y una presión de trabajo del segundo regenerador (130).

5. La planta de la reivindicación 4 en la que el gas de alimentación (102) comprende gas de chimenea a una presión de no superior a 207 kPa (2,04 atm (estándar) (30 psia)).

6. La planta de la reivindicación 5 en la que el gas ácido en el gas de alimentación (102) es dióxido de carbono y tiene una concentración comprendida entre 0,25% (vol.) y 30% (vol.) y en la que el gas de alimentación (102) comprende además oxígeno a una concentración comprendida entre 0,25% (vol.) y 20% (vol.).

7. La planta de la reivindicación 1 en la que el absorbedor (110) se acopla a un termocambiador intermedio (150) que recibe y enfría al menos una porción del disolvente semirrico (124) para formar un disolvente semirrico enfriado que se reintroduce en el absorbedor (110).

8. La planta de la reivindicación 7 que comprende además un dispositivo que se configura para mezclar al menos una porción del disolvente semipobre (132) con el disolvente semirrico (124) para formar un disolvente mixto, y en la que el termocambiador intermedio (150) se configura para enfriar el disolvente mixto para formar un disolvente mixto enfriado.

9. La planta de la reivindicación 1 en la que el absorbedor (110) se acopla a un termocambiador intermedio (150) que se configura para recibir y enfriar al menos una porción del disolvente semipobre (132) para formar un disolvente semipobre enfriado.

10. La planta de la reivindicación 1, que comprende opcionalmente un termocambiador intermedio (150) acoplado operacionalmente con el absorbedor (110), en la que una planta de energía o planta de reformado se acopla operacionalmente con la planta, y en la que la planta de energía o planta de reformado proporciona (a) energía para un rehervidor del primer regenerador (120), (b) el gas de alimentación que se alimenta al absorbedor (110), y (c) en la que la energía se proporciona opcionalmente mediante una unidad de recuperación de calor que emplea calentamiento de la conducción.

11. La planta de la reivindicación 10 que comprende además al menos uno de un enfriador de disolvente pobre, un enfriador de disolvente semipobre, y un condensador regenerador, y en la que el calor se proporciona a la planta de energía mediante al menos uno del enfriador de disolvente pobre, el enfriador de disolvente semipobre, el condensador regenerador, y el termocambiador intermedio.

12. La planta de la reivindicación 1, que comprende opcionalmente un termocambiador intermedio acoplado operacionalmente con el absorbedor, que comprende además al menos uno de un enfriador de disolvente pobre, un enfriador de disolvente semipobre, y un condensador regenerador, en la que una planta de energía se acopla operacionalmente con la planta, y en la que el calor se proporciona a la planta de energía mediante al menos uno del enfriador de disolvente pobre, el enfriador de disolvente semipobre, el condensador regenerador, y el termocambiador intermedio.