BR102014000540A2 - method for designing the construction of a heat exchange reformer (her) - Google Patents

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BR102014000540A2
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Claus Fallesen Hansen
Martin Frahm Jensen
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Haldor Topsoe As
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Abstract

método para projetar a construção de um reformador de troca de calor (her). a presente invenção refere-se a um método para o projeto da construção de um reformador de troca de calor (her) para minimizar a formação de poeira de metal, e um método para um controle térmico aperfeiçoado em um reformador de troca de calor (her). por meio da análise dos diversos parâmetros relacionados a uma unidade de reforma principal (mru) e a um reformador de troca de calor (her), um controle térmico aperfeiçoado e uma reduzida formação de poeira de metal são obtidosmethod for designing the construction of a heat exchange reformer (her). The present invention relates to a method for designing the construction of a heat exchange reformer (her) to minimize metal dust formation, and a method for improved thermal control in a heat exchange reformer (her). ). By analyzing the various parameters related to a main reform unit (mru) and a heat exchange reformer (her), improved thermal control and reduced metal dust formation are obtained.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MÉTODO PARA PROJETAR A CONSTRUÇÃO DE UM REFORMADOR DE TROCA DE CALOR (HER)".Patent Descriptive Report for "METHOD FOR DESIGNING THE CONSTRUCTION OF A HEAT EXCHANGE (HER) REFORMER".

Com relação à produção de um gás de síntese por meio de uma reforma a vapor, altas temperaturas são requeridas a fim de se obter uma conversão confiável dos hidrocarbonetos em gás de síntese.With respect to the production of a synthesis gas by steam reforming, high temperatures are required in order to obtain a reliable conversion of hydrocarbons into synthesis gas.

Nas fábricas de gás de síntese tradicionais, o calor sensível no gás de síntese é usado para a geração de vapor. A realização de uma análise dos pontos de esmagamento neste aspecto irá tipicamente conduzir à conclusão que o calor sensível no gás do reformador poderá ser mais bem utilizado, uma vez que a diferença de temperatura na ponta quente é de uma faixa de 650 a 75013. No entanto, devido ao fenômen o de corrosão conhecido como formação de poeira de metal, é um desafio ao projeto do aparelho de troca de calor de tal maneira que a confiabilidade da fábrica não seja prejudicada. Mesmo nas caldeiras de calor de refugo utilizadas nas fábricas de gás de síntese tradicionais nas quais a possibilidade das superfícies de metal quente com afinidade para a formação de poeira de metal é significativamente reduzida devido à temperatura relativamente baixa e aos altos coeficientes de transferência de calor no lado vapor/água, falhas devidas à formação de poeira de metal têm sido observadas.In traditional synthesis gas plants, sensitive heat in the synthesis gas is used for steam generation. Performing an analysis of the crush points in this regard will typically lead to the conclusion that the sensitive heat in the reformer gas may be better utilized, as the temperature difference in the hot tip is in the range of 650 to 75013. However, due to the corrosion phenomenon known as metal dust formation, it is a challenge to design the heat exchanger in such a way that the reliability of the plant is not compromised. Even in waste heat boilers used in traditional synthesis gas factories where the likelihood of metal dust affinity hot metal surfaces is significantly reduced due to the relatively low temperature and high heat transfer coefficients in the steam / water side, failures due to metal dust formation have been observed.

Ao se projetar um aparelho que usa o calor sensível da seção de reforma a vapor, é, portanto, da maior importância que um conhecimento e experiência significativos do fenômeno de formação de poeira de metal estejam disponíveis.When designing an apparatus that uses the sensitive heat of the steam reforming section, it is therefore of the utmost importance that significant knowledge and experience of the phenomenon of metal dust formation is available.

Tipicamente, a análise dos pontos de esmagamento e/ou as avaliações CAPEX/OPEX (Despesas Capitais/Despesas Operacionais) mostram que a abordagem de temperatura deve estar entre 10 e 15013 para se ter um equilíbrio ideal entre investimento e custo operacional. Um valor mais alto é via de regra relevante para os materiais mais "exóticos", isto é, nos ambientes com alta temperatura e/ou alto potencial de corrosão.Typically, crush point analysis and / or CAPEX / OPEX assessments show that the temperature approach must be between 10 and 15013 to achieve an optimal balance between investment and operating cost. A higher value is generally relevant for more "exotic" materials, ie in environments with high temperature and / or high corrosion potential.

Para a geração de um gás de síntese, a saída de temperatura na seção de reforma principal é de uma faixa de 850 a 105013, o que signifi- ca que o calor sensível poderá ser usado para aquecer um fluxo de processo a 600 a 900Ό. Tal fluxo não existe no processo de gás de síntese além do próprio processo de reforma. Sendo assim, diferentes conceitos têm sido considerados na utilização do calor sensível no gás de síntese de um reformador principal para uma maior reforma a vapor, por exemplo, vide Aasberg-Petersen K., Dybkjaer I., Ovesen C.V., Schjodt N.C., Sehested J., Thomsen S.G. "Natural gas to synthesis gas - Catalysts e catalytic processes", Journal of Natural Gas Science e Engineering, 2011. O reformador de vapor aquecido a gás pode ser localizado ou em série com o reformador principal (referido como HTER-s, isto é, o reformador de troca de calor em série) ou em paralelo (HTER-p) com o reformador principal. O reformador principal pode ser um reformador tubular, um reformador secundário ou um reformador autotérmico. O reformador HTER-s tem a vantagem de uma temperatura de saída média maior poder ser obtida, o que é vantajoso com relação à conversão total da alimentação e também -em particular a um gás de síntese para um combustível sintético - uma razão maior de CO/H2, enquanto que a queda de pressão total na ponta frontal é menor para o conceito do reformador HTER-p. A seguir, apenas o reformador HTER-p será descrito, e nas Figuras 1 a 3, é mostrada a implementação do reformador HTER-p em diferentes tipos de fábricas.For the generation of a synthesis gas, the temperature output in the main reforming section is in the range 850 to 105013, which means that sensitive heat can be used to heat a process flow to 600 to 900Ό. Such a flow does not exist in the synthesis gas process beyond the reform process itself. Accordingly, different concepts have been considered in using sensitive heat in a main reformer's synthesis gas for further steam reforming, for example, see Aasberg-Petersen K., Dybkjaer I., Ovesen CV, Schjodt NC, Sehested J ., Thomsen SG "Natural gas to synthesis gas - Catalysts and catalytic processes", Journal of Natural Gas Science and Engineering, 2011. The gas-heated steam reformer may be located or in series with the main reformer (referred to as HTER-s, ie. heat exchanger reformer) or in parallel (HTER-p) with the main reformer. The primary reformer may be a tubular reformer, a secondary reformer or a self-thermal reformer. The HTER-s reformer has the advantage that a higher average outlet temperature can be obtained, which is advantageous over the total feed conversion and also - in particular to a synthesis gas to a synthetic fuel - a higher CO ratio. / H2, while the total pressure drop at the front end is smaller for the HTER-p reformer concept. In the following, only the HTER-p reformer will be described, and Figures 1 to 3 show the implementation of the HTER-p reformer in different types of factories.

Os típicos parâmetros operacionais do reformador principal são mostrados na Tabela 1. A taxa do reformador HTER-p pode tipicamente ser de até 40 a 50% com relação à função da Caldeira de Calor de Refugo (e do superaque-cedor de vapor, se aplicável) aplicada em uma configuração de fábrica padrão, e a capacidade de reforma corresponde a 25 - 30% da capacidade do reformador principal. Nas fábricas de amônia, metanol e hidrogênio, isto significa que a taxa do reformador tubular/primário pode ser reduzida de maneira correspondente. Além da redução no tamanho do reformador, da mesma forma o consumo de combustível e o calor de refugo a ser recuperado são significativamente reduzidos, resultando em um menor consumo total de alimentação + combustível e em um tamanho reduzido da seção de calor de refugo do reformador tubular. Nas fábricas em que o reformador autotérmico (ATR) é aplicado, a necessidade de oxigênio para o reformador ATR é reduzida, consequentemente resultando em um menor custo operacional para a unidade de separação de ar e em uma unidade de menor tamanho. Uma vez que uma economia de escala é, em particular, relevante para as fábricas de combustíveis sintéticos, e uma vez que a capacidade da unidade de separação de ar é muitas vezes um gargalo, a implementação do reformador HTER-p (e do reformador HTER-s) pode impulsionar a capacidade total da fábrica para o mesmo consumo de O2.Typical main reformer operating parameters are shown in Table 1. The HTER-p reformer rate may typically be up to 40-50% with respect to the Waste Heat Boiler (and steam supercharger, if applicable) function. ) applied in a standard factory setting, and the retrofit capacity corresponds to 25 - 30% of the capacity of the main reformer. In ammonia, methanol and hydrogen factories, this means that the tubular / primary reformer rate can be reduced accordingly. In addition to the reduction in reformer size, fuel consumption and waste heat to be recovered are also significantly reduced, resulting in lower total fuel + fuel consumption and reduced size of reformer waste heat section. tubular. In factories where the autothermal reformer (ATR) is applied, the oxygen requirement for the ATR reformer is reduced, resulting in a lower operating cost for the air separation unit and a smaller unit. Since economies of scale are, in particular, relevant to synthetic fuel factories, and since the capacity of the air separation unit is often a bottleneck, the implementation of the HTER-p reformer (and the HTER reformer) -s) can boost the total factory capacity to the same consumption of O2.

Tal como descrito acima, a eficiência com relação à alimentação e ao consumo de combustível da fábrica de gás de síntese é aperfeiçoada, e a emissão de CO2 é reduzida. Em alguns casos, no entanto, o vapor gerado na fábrica de gás de síntese pode ter um valor importante no complexo como um todo, e, para tais casos, é importante valorizar a exportação de vapor da fábrica de gás de síntese; vide Andersen N.U., Olsson HL, "The hydrogen generation game", Hydrocarbon Engineering 2011. Muitas vezes, a eficiência na geração de vapor na fábrica de gás de síntese pode ser tão alta quanto 94%, enquanto que a eficiência típica de uma caldeira auxiliar é de 92.5%. No entanto, uma vez que a eficiência das caldeiras auxiliares aumenta (por exemplo, por meio da implementação de uma geração de força a partir de baixas calorias de temperatura por meio do uso do Ciclo Orgânico de Ranki-ne) e uma bomba principal e as unidades de compressor trocam para eletricidade, a vantagem do reformador HTER se torna cada vez mais significativa.As described above, feed efficiency and fuel efficiency of the synthesis gas plant are improved, and CO2 emission is reduced. In some cases, however, steam generated at the synthesis gas plant may have important value in the complex as a whole, and in such cases it is important to value the export of steam from the synthesis gas plant; see Andersen NU, Olsson HL, "The Hydrogen Generation Game", Hydrocarbon Engineering 2011. Often the efficiency of steam generation in the synthesis gas plant can be as high as 94%, while the typical efficiency of an auxiliary boiler is 92.5%. However, as the efficiency of the auxiliary boilers increases (eg by implementing low-calorie power generation through the use of the Rankine Organic Cycle) and a main pump and compressor units switch to electricity, the advantage of the HTER reformer becomes increasingly significant.

No reformador HTER-p, altos coeficientes de transferência de calor são obtidos em comparação com a transferência total de calor obtida nos reformadores tubulares queimados e isto resulta em uma área de terreno muito pequena para o reformador HTER-p em comparação com o reformador tubular (vide Tabela 2). É observado que a intensidade de calor para o reformador HTER-p é superior a um fator 10 maior que a intensidade para um típico reformador tubular, o que sustenta o fato de que um reformador HTER-p é uma maneira exequível de se adicionar uma capacidade de reforma a um novo ou existente reformador tubular, apesar do fato da construção do reformador HTER-p ser mais complicada e dos materiais de construção serem mais caros. A fim de minimizar o custo total de toda uma fábrica, é importante conhecer os parâmetros cruciais na fábrica como um todo. A empresa Topsoe tem dois tipos de reformador HTER-p em operação comercial: 1) O reformador HTER-p de tubo baioneta, e 2) o reformador HTER-p de dois tubos. O reformador HTER-p de tubo baioneta (vide Figure 4) consiste em um feixe de tubos no qual cada montagem de tubo consiste em três tubos concêntricos. No fluxo de coroa anular externo, o gás de aquecimento do reformador principal flui no sentido ascendente, na coroa anular intermediária o gás de alimentação flui no sentido descendente através de um leito catalisador, a partir do qual o mesmo sai e vira para o tubo central (o tubo baioneta) e flui no sentido ascendente para a câmara de saída, onde o gás reformado resfriado é misturado com o gás de aquecimento resfriado da coroa anular externa. O reformador HTER-p de dois tubos (vide Figure 5) consiste em um feixe de tubos com tubos duplos. O catalisador é carregado para dentro dos tubos centrais e para fora dos tubos externos. O gás de alimentação flui no sentido descendente através do tubo dentro do catalisador e através do tubo fora do catalisador. O gás reformado dos leitos de catalisador é misturado com o gás de aquecimento do reformador principal e fluido no sentido ascendente na coroa anular entre o conjunto de tubos duplos, ao mesmo tempo trocando calor com o gás que flui nos leitos catalisadores.In the HTER-p reformer, high heat transfer coefficients are obtained compared to the total heat transfer obtained in burnt tubular reformers and this results in a very small ground area for the HTER-p reformer compared to the tubular reformer ( see Table 2). It is noted that the heat intensity for the HTER-p reformer is greater than a factor 10 greater than the intensity for a typical tubular reformer, which supports the fact that an HTER-p reformer is a workable way to add a capacity. renovation to a new or existing tubular reformer, despite the fact that the construction of the HTER-p reformer is more complicated and the construction materials are more expensive. In order to minimize the total cost of an entire plant, it is important to know the crucial parameters in the plant as a whole. Topsoe has two types of HTER-p reformer in commercial operation: 1) the bayonet tube HTER-p reformer, and 2) the two-tube HTER-p reformer. The HTER-p bayonet tube reformer (see Figure 4) consists of a tube bundle in which each tube assembly consists of three concentric tubes. In the outer annular crown flow, the main reformer heating gas flows upward, in the intermediate annular crown the feed gas flows downward through a catalyst bed from which it exits and turns into the central tube. (the bayonet tube) and flows upward into the outlet chamber, where the cooled retread gas is mixed with the cooled annular crown cooler heating gas. The two-tube HTER-p reformer (see Figure 5) consists of a dual-tube bundle of tubes. The catalyst is charged into the center pipes and out of the outer pipes. Feed gas flows downward through the tube inside the catalyst and through the tube outside the catalyst. Reformed gas from the catalyst beds is mixed with the main reformer heating gas and upstream fluid in the annular crown between the twin tube assembly, while exchanging heat with the gas flowing in the catalyst beds.

Tipicamente, nas fábricas em que uma alta conversão é muito importante, a saída de temperatura no leito catalisador será tão alta quanto possível a fim de garantir um vazamento mínimo de metano no gás de síntese. Esta é, por exemplo, muitas vezes a situação nas fábricas de amônia e nas fábricas de hidrogênio com um apertado equilíbrio de combustível ao operar em uma baixa razão vapor para carbono. Em tal caso, o reformador do tipo baioneta HTER-p é o ideal, uma vez que o gás de aquecimento do reformador principal (reformador tubular ou reformador secundário) não é misturado com o reformador gás efluente do catalisador do reformador HTER-p antes da troca de calor acontecer. Isto resulta em uma temperatura de reforma maior (de aproximadamente 30 a 400) no reformador HTER-p para a mesma abordagem de temperatura na ponta quente do reformador HTER-p do que para o reformador HTER-p de dois tubos. Nos casos em que o vazamento de metano é menos significativo, o reformador HTER-p de dois tubos tem a vantagem de ser mais compacto, uma vez que o espaço entre os conjuntos de tubo é usado como um leito catalisador e torna o reformador HTER-p ainda mais compacto. O reformador HTER-p de dois tubos é tipicamente a solução mais exequível nas fábricas baseadas em reformador ATR nas quais a temperatura de saída do reformador principal é relativamente alta, e nas fábricas de hidrogênio nas quais o equilíbrio de combustível permite este projeto (com frequência nas fábricas em que a razão vapor para carbono é determinada pelo tipo de matéria-prima).Typically, in factories where high conversion is very important, the temperature output in the catalyst bed will be as high as possible to ensure minimal leakage of methane into the synthesis gas. This is, for example, often the case in ammonia plants and hydrogen plants with a tight fuel balance when operating at a low vapor to carbon ratio. In such a case, the HTER-p bayonet type reformer is ideal as the heating gas of the main reformer (tubular reformer or secondary reformer) is not mixed with the effluent gas catalyst reformer of the HTER-p reformer before Heat exchange happens. This results in a higher reform temperature (approximately 30 to 400 ° C) on the HTER-p reformer for the same approach to the hot end temperature of the HTER-p reformer than for the two-tube HTER-p reformer. In cases where methane leakage is less significant, the two-tube HTER-p reformer has the advantage of being more compact as the space between tube assemblies is used as a catalyst bed and makes the HTER-p reformer p even more compact. The two-tube HTER-p reformer is typically the most feasible solution in ATR reformer-based plants where the main reformer outlet temperature is relatively high, and in hydrogen plants where fuel balance allows this design (often in factories where the vapor to carbon ratio is determined by the type of raw material).

Os critérios acima são apenas típicos, e muitos outros fatores poderão influenciar o layout final e mais exequível do reformador HTER-p.The above criteria are only typical, and many other factors may influence the final and more feasible layout of the HTER-p reformer.

Um desafio maior com relação aos Reformadores de Troca de Calor aquecidos pelo gás de processo reformado é a corrosão pela formação de poeira de metal, o que tipicamente pode ocorrer em uma faixa de temperatura de 400 a 800*0 em atmosferas ricas em C O e/ou hidrocarbone-tos. O precursor para a formação de poeira de metal é a formação de carbono e os mecanismos possíveis para a formação de carbono em um gás reformado são, vide Agüero A,, Gutiérrez M., Korcakova L., Nguyen T.T.M, Hinnemann B,, Saadi S.. "Metal Dusting Protective Coatings. A Literature Review", Oxidation of Metals, 2011: A Reação de Boudouard A redução de CO A decomposição de metano Ambas a reação de Boudouard (1) e a reação de redução de CO (2) são reações exotérmicas, ou seja, quando a temperatura corrente se encontra abaixo da temperatura de equilíbrio, existe uma afinidade para a formação de carbono a partir das duas reações. No entanto, em uma determinada temperatura, por exemplo, 400 a 450C, a taxa de reação é tão baixa que uma corrosão insignificante na prática irá ocorrer. A reação de decomposição de metano (3) é endotérmica, ou seja, a afinidade para a formação de carbono existe acima da temperatura de equilíbrio. Na Tabela 3, são mostradas típicas temperaturas de equilíbrio para a reação de formação de carbono.A major challenge with heat exchange reformers heated by the reformed process gas is corrosion from metal dust formation, which typically can occur in a temperature range of 400 to 800 * 0 in CO and / or hydrocarbons. The precursor to metal dust formation is carbon formation and the possible mechanisms for carbon formation in a reformed gas are, see Agüero A ,, Gutiérrez M., Korcakova L., Nguyen TTM, Hinnemann B. ,, Saadi S .. "Metal Dusting Protective Coatings. A Literature Review", Oxidation of Metals, 2011: Boudouard Reaction CO Reduction Methane Decomposition Both Boudouard Reaction (1) and CO Reduction Reaction (2) they are exothermic reactions, that is, when the current temperature is below the equilibrium temperature, there is an affinity for carbon formation from both reactions. However, at a certain temperature, for example 400 to 450C, the reaction rate is so low that negligible corrosion in practice will occur. The methane decomposition reaction (3) is endothermic, ie the affinity for carbon formation exists above equilibrium temperature. Table 3 shows typical equilibrium temperatures for the carbon formation reaction.

Observa-se que o gás de processo passa através da faixa crítica de temperatura, e a afinidade para a formação de carbono e o potencial para a formação de poeira de metal existem. A obtenção de uma afinidade para o carbono não é necessariamente igual à obtenção de uma inaceitável corrosão de formação de poeira de metal (porém, com frequência é isso que a-contece). Algumas ligas comerciais apresentam longos tempos de incubação e baixas taxas de corrosão, tornando as mesmas adequadas para operação sob condições com afinidade à formação de poeira de metal. No entanto, a operação sob condições com afinidade para a formação de carbono requer uma análise extensiva antes do uso em unidades comerciais, e a empresa Topsoe está continuamente analisando materiais e condições operacionais a fim de mapear os ataques de formação de poeira de metal no laboratório e tem uma colaboração extensiva de companhias líderes que desenvolvem ligas especiais. Finalmente, porém não menos importante, a empresa Topsoe tem de fato experiência industrial bem sucedida por mais de uma década na operação de reformadores convectivos na área de formação de poeira de metal. A empresa Haldor Topsoe A/S (Topsoe) tem reformadores convectivos em operação desde 1990. Os primeiros reformadores trocadores de calor se baseavam na convecção a partir de gases combustíveis (Reformadores Convectivos da Haldor Topsoe, "HTCR"). A maior parte dos reformadores HTCR em operação (mais de 30) é do tipo baioneta (vide Figure 6) e apresenta de fato complexos mecanismos de transferência de calor. Um fe-edback e experiência extensivos sobre a transferência de calor nos reformadores convectivos foram obtidos a partir desses aparelhos e têm sido usados no sentido de otimizar o projeto dos demais tipos de reformadores convectivos.The process gas is observed to pass through the critical temperature range, and the affinity for carbon formation and the potential for metal dust formation exist. Achieving an affinity for carbon is not necessarily equal to obtaining an unacceptable corrosion of metal dust formation (but this is often the case). Some commercial alloys have long incubation times and low corrosion rates, making them suitable for operation under conditions with affinity for metal dust formation. However, operation under affinity conditions for carbon formation requires extensive analysis prior to use in commercial units, and Topsoe is continually analyzing materials and operating conditions to map the metal dust formation attacks in the laboratory. and has an extensive collaboration of leading companies that develop special alloys. Last but not least, Topsoe has in fact had successful industrial experience for over a decade in the operation of convective reformers in the field of metal dust formation. Haldor Topsoe A / S (Topsoe) has had convective reformers in operation since 1990. The first heat exchanger reformers were based on convection from combustible gases (Haldor Topsoe Convective Reformers, "HTCR"). Most HTCR reformers in operation (over 30) are bayonet-type (see Figure 6) and actually have complex heat transfer mechanisms. Extensive fe-edback and heat transfer experience in convective reformers has been gained from these appliances and has been used to optimize the design of other types of convective reformers.

Em 2003, o primeiro reformador HTER foi introduzido com sucesso na África do Sul, na Fábrica de combustível sintético da Sasol em Secunda, e tem estado em funcionamento desde então (Thomsen S.G., Han P. A., Loock S., Ernst W. "The first Industrial Experience with the Haldor Topsoe Exchanger Reformer", AlChE Ammonia Safety Symposium, 2006). O reformador HTER é do tipo dois tubos e ao se aplicar o reformador HTER, a produção de gás de síntese foi intensificada em mais de 30%. As condições operacionais para esse reformador são relativamente críticas com rela- ção à formação de poeira de metal devido à alta temperatura e à baixa razão vapor para carbono. O primeiro feixe de tubos ficou em funcionamento por mais de sete anos e a corrosão de formação de poeira de metal ficou dentro da taxa esperada e não apresentou motivo para a troca do feixe de tubos.In 2003, the first HTER reformer was successfully introduced in South Africa at Sasol's Secunda Synthetic Fuel Plant and has been in operation ever since (Thomsen SG, Han PA, Loock S., Ernst W. "The first Industrial Experience with the Haldor Topsoe Exchanger Reformer ", AlChE Ammonia Safety Symposium, 2006). The HTER reformer is a two-tube type and when applying the HTER reformer, synthesis gas production was increased by over 30%. The operating conditions for this reformer are relatively critical with respect to metal dust formation due to the high temperature and low vapor to carbon ratio. The first tube bundle was in operation for over seven years and the metal dust corrosion was within the expected rate and provided no reason for tube bundle replacement.

Em 2010, um reformador HTER do tipo baioneta foi iniciado na índia na empresa Numaligarh Refinery Limited (Konwar S., Thakuria A.. "New Paradigms in Revamp Options for Hydrogen Units - The HTERp in NRL", 16th Refinery Technology Meet., 2011). O reformador HTER fazia parte de uma renovação relativa a uma demanda geral de H2 na refinaria, complexa devido às regulamentações ambientais mais severas aos produtos combustíveis. A capacidade original da Unidade de Hidrogênio existente era de 38000 MTPY (52.400 Nm3/h) e a produção adicional de H2 provida pelo reformador HTER era de 14.600 Nm3/h, isto é, um aumento de capacidade de mais de 25%.In 2010, a bayonet-type HTER reformer was started in India at Numaligarh Refinery Limited (Konwar S., Thakuria A .. "New Paradigms in Revamp Options for Hydrogen Units - The HTERp in NRL", 16th Refinery Technology Meet., 2011 ). The HTER reformer was part of a refurbishment of a general refinery H2 demand, complex due to stricter environmental regulations for fuel products. The existing capacity of the existing Hydrogen Unit was 38000 MTPY (52,400 Nm3 / h) and the additional H2 output provided by the HTER reformer was 14,600 Nm3 / h, ie a capacity increase of over 25%.

Em 2007, as empresas Essar Oil Vadinar Limited e Haldor Topsoe entraram em acordo para o projeto de uma unidade de hidrogênio com uma capacidade de 130.000 Nm3/h de hidrogênio.In 2007, the companies Essar Oil Vadinar Limited and Haldor Topsoe agreed to design a hydrogen unit with a capacity of 130,000 Nm3 / h of hydrogen.

Considerando o custo operacional e as vantagens com relação à alimentação e ao consumo de combustível para a unidade de hidrogênio, a empresa Essar Oil decidiu implementar um reformador HTER de dois tubos. A configuração da unidade de hidrogênio é mostrada na Figura 7. A fábrica é projetada para uma alta flexibilidade, com gás natural, gás de combustão de refinaria, gás LPG e nafta como matérias-primas. A fim de acomodar a alta flexibilidade nas matérias-primas, uma razão vapor para carbono de 2.5 foi selecionada para o pré-reformador e o reformador tubular, garantindo a otimização do funcionamento do pré-reformador. O reformador tubular foi projetado com uma temperatura de saída operacional máxima de 9150 a fim de obter a mai or eficiência e conversão, e, além disso, o mesmo permite uma utilização ainda melhor do reformador HTER-p. A taxa do reformador HTER-p é de aproximadamente 23 Gcal/h, correspondendo a aproximadamente 40% do calor sensível no gás de síntese ao se resfriar o mesmo para aproximadamente 2800 (a tempera- tura de saída normal a partir da Caldeira de Calor de Refugo). A taxa também corresponde a uma redução da alimentação e do combustível para a unidade de hidrogênio de aproximadamente 5% (e a exportação de vapor é reduzida em conformidade).Considering the operating cost and power and fuel efficiency advantages of the hydrogen unit, Essar Oil decided to implement a two-tube HTER reformer. The hydrogen unit configuration is shown in Figure 7. The plant is designed for high flexibility with natural gas, refinery flue gas, LPG gas and naphtha as raw materials. In order to accommodate the high flexibility in the raw materials, a vapor-to-carbon ratio of 2.5 has been selected for the pre-reformer and tubular reformer, ensuring optimal pre-reformer operation. The tubular reformer has been designed with a maximum operating output temperature of 9150 for the highest efficiency and conversion, and furthermore allows for even better use of the HTER-p reformer. The HTER-p reformer rate is approximately 23 Gcal / h, which corresponds to approximately 40% of the sensitive heat in the synthesis gas when it cools to approximately 2800 (the normal outlet temperature from the Refuse). The rate also corresponds to a reduction in power and fuel to the hydrogen unit of approximately 5% (and steam exports are reduced accordingly).

Tal como acima mencionado, é muito importante garantir que a temperatura das superfícies de metal esteja dentro de certos limites a fim de evitar um excesso de corrosão provocado pela formação de poeira de metal. Para o reformador HTER-p da fábrica de H2 e Óleo da Essar, o parâmetro mais importante é a temperatura de redução de CO. Quando o gás de síntese passa pela temperatura crítica com afinidade para a formação de poeira de metal ao mesmo tempo transferindo calor para os leitos catalisadores, é importante que os materiais com suficiente resistência à formação de poeira de metal sejam selecionados para as partes relevantes do feixe de tubos. A seleção dos materiais é otimizada ao se considerar tanto o custo como a flexibilidade operacional. Uma vez que a fábrica de H2 e Óleo da Essar é projetada com um pré-reformador, e a alimentação para o reformador HTER-p é feita a jusante do pré-reformador, a composição da alimentação (em uma razão constante de vapor para carbono) para o reformador HTER-p se torna relativamente constante, independentemente da variação do tipo de matéria-prima (NG, gasolina RFG, gás LPG, ou nafta), porém outros parâmetros são importantes para o perfil de temperatura no reformador HTER: - Razão de alimentação relativa para o reformador HTER em comparação com a do reformador tubular - Temperatura de saída do reformador tubular - Razão vapor para carbono Na Figura 8, é mostrado o impacto dos parâmetros acima sobre o perfil de temperatura. A seleção dos materiais é feita a fim de garantir um projeto robusto que permita variações nos parâmetros operacionais da fábrica, e a fim de facilitar o controle e minimizar a corrosão provocada pela formação de poeira de metal, a fábrica é projetada com algoritmos que garantem que o fluxo de alimentação para o reformador HTER seja controlado de uma ma- neira ótima.As mentioned above, it is very important to ensure that the temperature of metal surfaces is within certain limits in order to avoid excess corrosion caused by metal dust formation. For the HTER-p reformer of the Essar H2 and Oil plant, the most important parameter is the CO reduction temperature. When synthesis gas passes the critical temperature with affinity for metal dust formation while transferring heat to the catalyst beds, it is important that materials with sufficient metal dust resistance are selected for the relevant parts of the beam. of pipes. Material selection is optimized by considering both cost and operational flexibility. Since the Essar H2 and Oil plant is designed with a pre-reformer, and the feed for the HTER-p reformer is downstream of the pre-reformer, the feed composition (at a constant vapor to carbon ratio). ) for the HTER-p reformer becomes relatively constant, regardless of the change in raw material type (NG, RFG gasoline, LPG gas, or naphtha), but other parameters are important for the temperature profile in the HTER reformer: - Ratio relative power supply for HTER reformer compared to tubular reformer - Tubular reformer output temperature - Vapor to carbon ratio Figure 8 shows the impact of the above parameters on the temperature profile. Material selection is designed to ensure a robust design that allows for variations in factory operating parameters, and in order to facilitate control and minimize corrosion caused by metal dust formation, the factory is designed with algorithms that ensure that the power flow to the HTER reformer is controlled optimally.

Tal como observado na Figura 8, parâmetros significativos para o perfil de temperatura são a taxa de fluxo de alimentação do reformador HTER e a temperatura de saída do reformador tubular. Uma vez que a temperatura de saída do reformador tubular pode ser determinada por meio de outros critérios (a temperatura de metal do tubo de reformador, a taxa de queima tubular, etc.), foi selecionado manipular a taxa de fluxo de alimentação para o fluxo de alimentação para o reformador HTER no sentido de a-presentar um perfil de temperatura ideal no reformador HTER: FhTER — f (Ftub.refj T0ut,tub.refj S/C) onde Fhter é a taxa de fluxo de alimentação para o reformador HTER Ftub.ref é a taxa de fluxo de alimentação para o reformador tubular Tout.tub.ref é a temperatura de saída do reformador tubular S/C é a razão vapor para carbono para a seção de reforma O termo Vapor para Carbono (S/C) significa a razão molar de H20 para carbono em um determinado fluxo de processo.As seen in Figure 8, significant parameters for the temperature profile are the HTER reformer feed flow rate and the tubular reformer outlet temperature. Since the outlet temperature of the tube reformer can be determined by other criteria (the metal temperature of the tube reformer, the tube burn rate, etc.), it has been selected to handle the feed flow rate for the flow. HTER reformer to provide an ideal temperature profile on the HTER reformer: FhTER - f (Ftub.refj T0ut, tub.refj S / C) where Fhter is the feed rate for the HTER reformer Ftub.ref is the feed flow rate for the tubular reformer Tout.tub.ref is the outlet temperature of the tubular reformer S / C is the vapor-to-carbon ratio for the reforming section. ) means the molar ratio of H20 to carbon in a given process flow.

As temperaturas de equilíbrio para as reações de formação de carbono são afetadas pela temperatura de saída do reformador tubular e pela razão vapor para carbono. As temperaturas de equilíbrio são reduzidas para uma temperatura de saída menor e uma razão vapor para carbono maior, de modo que as condições operacionais consideradas mais suaves para o reformador tubular sejam também mais suaves para o reformador HTER e, portanto, ofereçam um tipo de autorregulação, contanto que a razão de alimentação para o reformador HTER e para o reformador tubular se mantenha constante. No entanto, recomenda-se sempre utilizar os algoritmos avançados, uma vez que isto irá facilitar o controle e minimizar o risco de uma falha prematura devido a um mau funcionamento. O reformador HTER-p foi projetada e obtido pela empresa Topsoe. A cápsula de pressão é de um revestimento refratário, e o refratário foi secado no local em agosto de 2011 antes do comissionamento da fábrica. O refratário da cápsula de pressão não pode ser secado durante o pré- comissionamento/comissionamento (como o refratário no coletor de saída), uma vez que não se pretende passar nenhum fluxo ao longo do refratário durante o comissionamento (ou operação).Equilibrium temperatures for carbon formation reactions are affected by the outlet temperature of the tubular reformer and the vapor to carbon ratio. Equilibrium temperatures are reduced to a lower outlet temperature and a higher vapor to carbon ratio, so that the operating conditions considered milder for the tubular reformer are also milder for the HTER reformer and thus offer a kind of self-regulating. as long as the power ratio for the HTER reformer and the tubular reformer remains constant. However, it is always recommended to use advanced algorithms as this will facilitate control and minimize the risk of premature failure due to malfunction. The HTER-p reformer was designed and obtained by the Topsoe company. The pressure capsule is of a refractory lining, and the refractory was dried on site in August 2011 prior to commissioning of the factory. The pressure capsule refractory may not be dried during pre-commissioning / commissioning (such as the refractory in the outlet manifold) as no flow is intended to pass through the refractory during commissioning (or operation).

Em setembro de 2011, a cápsula de pressão foi erguida e o feixe de tubos foi instalado. O reformador HTER-p foi carregado com o catalisador da Topsoe para reformadores de troca de calor no tamanho de 16x8 mm em novembro de 2011, e passou suavemente e com um desvio muito pequeno entre as densidades de carga e as quedas de pressão (+3.1/-2.2%) nos tubos obtidas. Isso garante uma boa distribuição de fluxo entre os tubos. O tempo total de carga de catalisador tanto para o catalisador dentro dos tubos como também para o catalisador fora dos tubos foi de dez dias em turnos diários. Espera-se que esse tempo possa ser reduzido e em comparação com um reformador tubular convencional com uma capacidade similar de produção de H2 (-32.000 Nm3/h, correspondendo a 80 a 100 tubos de reformador), o tempo de carga para o reformador HTER foi de apenas 3 a 4 dias mais, o que poderá ser considerado razoável, levando em consideração a compacidade do reformador HTER e o fato da carga do reformador HTER tipicamente não se encontrar em um caminho crítico. A fábrica de H2 foi mecanicamente completada e totalmente pré-comissionada em janeiro de 2012 e o comissionamento foi iniciado imediatamente em seguida. O aquecimento da seção de reforma (o pré-reformador, o reformador tubular e o reformador HTER-p) em nitrogênio circulante foi iniciado em 12 de janeiro, e em 15 de janeiro a alimentação foi introduzida na seção de reforma. A fábrica de H2 e Óleo da Essar é projetada com um Desvio Médio de Temperatura (MTS), e devido à disponibilidade do hidrogênio de importação para partida, optou-se por reduzir o catalisador de desvio MTS por meio do H2 produzido pela própria fábrica de H2 com o Desvio Médio de Temperatura ultrapassado. Isto pode ser feito ao operar a seção de reforma em uma capacidade reduzida, nas temperaturas de saída reduzidas dos reformadores (o reformador tubular e o reformador HTER), e com uma maior razão vapor para carbono, desta maneira produzindo um gás de síntese a-dequado para alimentação para a unidade de Adsorção de Oscilação de Pressão (PSA) e desta maneira produzindo H2 para a redução catalítica do desvio MTS. A redução catalítica do desvio MTS foi finalizada em 20 de janeiro, e o Conversor Médio de Temperatura foi inserido no mesmo dia, e em 21 de janeiro de 2012 uma capacidade de 60% foi atingida, e em 22 de janeiro de 2012 uma capacidade de produção de 85% foi atingida. A fábrica de H2 foi operada de acordo com cada demanda de H2 no complexo da refinaria. A fábrica de H2 foi reiniciada precocemente no segundo trimestre de 2012, e em maio de 2012 uma demonstração executada em 100% da capacidade foi realizada. Os dados operacionais foram analisados usando um programa de reconciliação de dados que garante que a análise da fábrica e do reformador HTER seja feita com base em um conjunto de dados consistente sem erros sobre os equilíbrios de calor e massa. Os montantes de operação e consumo foram conforme esperados em uma capacidade de produção de 130.130 Nm3/h, e foi mostrado, por meio de uma otimização no local, que montantes de consumo melhores que o esperado e garantido puderam ser obtidos (vide Tabela 4). A operação e o desempenho do reformador HTER-p durante a demonstração executada foram também avaliados, e as temperaturas medidas se ajustaram bem às temperaturas simuladas pelo modelo de reformador da Topsoe (vide Figura 9), e indicam que a transferência de calor corrente no início da execução é um pouco melhor do que a transferência de calor predita pelo modelo.In September 2011, the pressure capsule was erected and the tube bundle was installed. The HTER-p reformer was loaded with Topsoe's catalyst for 16x8 mm heat exchange reformers in November 2011, and passed smoothly and with a very small deviation between load densities and pressure drops (+3.1 /-2.2%) on the obtained tubes. This ensures a good flow distribution between the pipes. The total catalyst loading time for both in-pipe and out-of-pipe catalyst was ten days in daily shifts. This time is expected to be reduced and compared to a conventional tubular reformer with a similar H2 production capacity (-32,000 Nm3 / h, corresponding to 80 to 100 reformer tubes), the loading time for the HTER reformer it was only 3-4 days longer, which may be considered reasonable given the compactness of the HTER reformer and the fact that the load of the HTER reformer is typically not on a critical path. The H2 plant was mechanically completed and fully pre-commissioned in January 2012 and commissioning was started immediately thereafter. Heating of the reform section (the pre-reformer, tubular reformer and HTER-p reformer) in circulating nitrogen was started on January 12, and on January 15 the feed was introduced into the reform section. The Essar H2 and Oil plant is designed with an Average Temperature Deviation (MTS), and due to the availability of import hydrogen for starter, it was decided to reduce the MTS diversion catalyst through the H2 produced by the plant itself. H2 with Average Temperature Deviation exceeded. This can be done by operating the reforming section at a reduced capacity, at the reformers' reduced outlet temperatures (the tubular reformer and the HTER reformer), and at a higher vapor-to-carbon ratio, thereby producing a synthesis gas from suitable for supply to the Pressure Oscillation Adsorption (PSA) unit and thereby producing H2 for the catalytic reduction of the MTS offset. The catalytic reduction of the MTS offset was completed on January 20, and the Average Temperature Converter was inserted on the same day, and on January 21, 2012 a capacity of 60% was reached, and on January 22, 2012 a capacity of 85% production was achieved. The H2 plant was operated according to each H2 demand in the refinery complex. The H2 plant was restarted early in the second quarter of 2012, and in May 2012 a 100% capacity demonstration was performed. Operational data has been analyzed using a data reconciliation program that ensures that the HTER plant and reformer analysis is based on a consistent data set without errors on heat and mass balances. Operating and consumption amounts were as expected at a production capacity of 130,130 Nm3 / h, and it was shown through on-site optimization that better than expected and guaranteed consumption amounts could be obtained (see Table 4). . The operation and performance of the HTER-p reformer during the demonstration performed was also evaluated, and the measured temperatures fit well with the temperatures simulated by Topsoe's reformer model (see Figure 9), and indicate that the current heat transfer at the beginning execution is slightly better than the heat transfer predicted by the model.

Uma avaliação do perfil de temperatura ao se comparar a saída direta do modelo de reformador com uma simulação que usa as temperaturas de terminal reconciliadas indica que a posição da temperatura crítica se desloca apenas aproximadamente 0.5 m, e para este caso (e em geral para o reformador HTER-p de dois tubos) a posição se movimenta para cima, ou seja, ainda mais para a parte do conjunto de tubos que consiste em materiais com alta resistência à formação de poeira de metal. Vide, por exemplo, a Figura 10.An assessment of the temperature profile when comparing the direct output of the reformer model with a simulation using reconciled terminal temperatures indicates that the critical temperature position shifts only approximately 0.5 m, and for this case (and generally for HTER-p two-tube reformer) the position moves upwards, that is, even further for the part of the tube assembly consisting of materials with high resistance to metal dust formation. See, for example, Figure 10.

Em suma, a instalação de um Reformador de Troca da Haldor Topsoe poderá de maneira significativa reduzir a alimentação e o consumo de combustível para uma fábrica de H2 e, desta forma, também a emissão de C02 a partir da fábrica. O reformador HTER-p é um reformador muito compacto, com muito alta intensidade de calor, o que torna o mesmo exequível tanto para as fábricas de base como também para projetos de reforma. É importante que as ferramentas de projeto para o dimensiona-mento do reformador provenham tanto uma transferência de calor como também uma atividade catalítica de maneira precisa e levem em consideração a interação entre o projeto térmico e o desempenho catalítico. A super-estimação da transferência de calor e da atividade catalítica irá resultar em um aparelho que não poderá atender à capacidade de projeto, porém a aplicação de uma "margem de projeto" não vem a ser a solução, uma vez que uma transferência calor muito alta e/ou uma atividade catalítica muito alta poderão resultar em uma operação crítica com ataques de formação de poeira de metal. O comissionamento e a operação da fábrica de H2 e Óleo da Essar mostram que a implementação do reformador HTER-p não afeta o comissionamento e o tempo de partida de maneira adversa, e a operação do reformador HTER-p é robusta e segura e não afeta a confiabilidade da fábrica. A avaliação dos dados operacionais da fábrica de H2 e Óleo da Essar mostra que os modelos usados para a predição da transferência de calor e do catalisador são muito precisos e garantem um projeto apropriado e seguro do reformador HTER-p. É previsto que nove unidades com o reformador HTER-p projetado pela empresa Topsoe sejam iniciadas no período de 2013 a 2015. A Patente dos Estados Unidos N. 6224789 descreve um processo para a produção de um gás de síntese compreendendo um reformador autotérmico e um reformador de troca de calor em paralelo no qual o efluente do reformador autotérmico é usado para aquecer o reformador de troca de calor.In short, installing a Haldor Topsoe Exchange Reformer can significantly reduce power and fuel consumption for an H2 plant and thus also the CO2 emission from the factory. The HTER-p reformer is a very compact reformer with very high heat intensity, which makes it achievable for both base factories as well as for renovation projects. It is important that design tools for reformer sizing come from both heat transfer and catalytic activity precisely and take into account the interaction between thermal design and catalytic performance. Overestimation of heat transfer and catalytic activity will result in a device that will not be able to meet design capability, but applying a "design margin" is not the solution as too much heat transfer High catalyst activity and / or very high catalytic activity may result in critical operation with metal dust formation attacks. Commissioning and operation of the Essar H2 and Oil plant shows that the implementation of the HTER-p reformer does not adversely affect commissioning and startup time, and the operation of the HTER-p reformer is robust and safe and does not affect the reliability of the factory. The evaluation of Essar's H2 and Oil plant operating data shows that the models used for predicting heat transfer and catalyst are very accurate and guarantee the proper and safe design of the HTER-p reformer. Nine units with the Topsoe-designed HTER-p reformer are expected to be started from 2013 to 2015. United States Patent No. 6224789 describes a process for the production of a synthesis gas comprising an autothermal reformer and a reformer. parallel heat exchange in which the autothermal reformer effluent is used to heat the heat exchange reformer.

Por meio da presente invenção, é apresentado um método no qual um metal resistente à formação de poeira de metal é usado a uma distância a partir da entrada do reformador de troca de calor, e no qual tal distância é calculada a partir da razão vapor para carbono, a temperatura de saída de efluente e o fluxo de hidrocarboneto do reformador principal, bem como a razão vapor para carbono e a taxa de fluxo de hidrocarboneto do reformador de troca de calor.By the present invention there is provided a method in which a metal dust resistant metal is used at a distance from the input of the heat exchanger reformer, and in which such distance is calculated from the vapor to heat ratio. carbon, the effluent outlet temperature and hydrocarbon flow of the main reformer, as well as the vapor-to-carbon ratio and hydrocarbon flow rate of the heat exchanger.

De acordo com as e em correspondência às reivindicações em apenso, os aspectos da presente invenção são os seguintes: Aspecto 1. Um método para o projeto da construção de um Reformador de Troca de Calor (HER) para minimizar a formação de poeira de metal, o dito reformador HER fazendo parte de uma unidade de produção de gás de síntese, a dita unidade de produção de gás de síntese compreendendo uma Unidade de Reforma Principal (MRU) e um Reformador de Troca de Calor (HER), no qual o efluente da unidade MRU é disposto de modo a prover calor para o reformador HER, e no qual uma matéria-prima de hidrocarboneto é disposta de modo a passar em paralelo tanto através da unidade MRU como do reformador HER, desta maneira provendo: a) uma alimentação de hidrocarboneto da unidade MRU tendo uma razão vapor para carbono da unidade MRU (MRUS/c), uma temperatura de saída de efluente (TMru) e uma taxa de fluxo de hidrocarboneto da unidade MRU (Fmru) 6 b) uma alimentação de hidrocarboneto do reformador HER tendo uma razão vapor para carbono no reformador HER (HERS/c) e uma taxa de fluxo de hidrocarboneto do reformador HER (FHer), - o dito método compreendendo as etapas de: - determinar como o perfil de temperatura dentro do reformador HER varia com a distância a partir da entrada do reformador HER como uma função da razão das taxas de fluxo FHer/Fmru, a temperatura de saída da unidade MRU (TMru), a razão vapor para carbono da unidade MRU (MRUs/c), a razão vapor para carbono no reformador HER (HERS/c) e a taxa de fluxo total de hidrocarboneto (FMRU + FHer); - a partir do dito perfil de temperatura, determinar uma distância (A) a partir da entrada do reformador HER na qual a formação de poeira de metal não é significativa; - a uma distância maior que a dita distância (A) a partir da entrada do reformador HER, construir o reformador HER de um primeiro metal com uma resistência maior à formação de poeira de metal; e - a uma distância menor que a dita distância (A) a partir da entrada do reformador HER, construir o reformador HER de um segundo metal que tem uma resistência menor à formação de poeira de metal que o dito primeiro metal.According to and in accordance with the appended claims, the aspects of the present invention are as follows: Aspect 1. A method for designing the construction of a Heat Exchange Reformer (HER) to minimize the formation of metal dust, said reformer HER being part of a synthesis gas production unit, said synthesis gas production unit comprising a Main Reform Unit (MRU) and a Heat Exchange Reformer (HER), in which the effluent from the The MRU unit is arranged to provide heat to the HER reformer, and in which a hydrocarbon feedstock is arranged to pass in parallel through both the MRU unit and the HER reformer, thereby providing: MRU unit hydrocarbon having a MRU unit vapor to carbon ratio (MRUS / c), an effluent outlet temperature (TMru) and an MRU unit hydrocarbon flow rate (Fmru) 6 b) a HER reformer having a vapor to carbon ratio in the HER reformer (HERS / c) and a HER reformer hydrocarbon flow rate (FHer), - said method comprising the steps of: - determining how the temperature profile within the HER reformer varies with the distance from the HER reformer inlet as a function of the ratio of FHer / Fmru flow rates, the MRU unit outlet temperature (TMru), the MRU unit vapor to carbon ratio (MRUs / c) , the vapor to carbon ratio in the HER reformer (HERS / c) and the total hydrocarbon flow rate (FMRU + FHer); - from said temperature profile, determine a distance (A) from the HER reformer inlet at which metal dust formation is not significant; - at a distance greater than said distance (A) from the entrance of the HER reformer, construct the HER reformer from a first metal with a greater resistance to metal dust formation; and - at a distance less than said distance (A) from the entrance of the HER reformer, to construct the HER reformer from a second metal having a lower resistance to metal dust formation than said first metal.

Aspecto 2. Um método para um controle térmico aperfeiçoado em um Reformador de Troca de Calor (HER) de uma unidade de produção de gás de síntese, a dita unidade de produção de gás de síntese compreendendo uma Unidade de Reforma Principal (MRU) e um Reformador de Troca de Calor (HER), no qual o efluente da unidade MRU é disposto de modo a prover calor para o reformador HER, e no qual uma matéria-prima de hidrocarboneto é disposta de modo a passar em paralelo tanto através da unidade MRU como do reformador HER, desta maneira provendo: a) uma alimentação de hidrocarboneto da unidade MRU tendo uma razão vapor para carbono da unidade MRU (MRUS/c), uma temperatura de saída de efluente (TMru) e uma taxa de fluxo de hidrocarboneto da unidade MRU (Fmru) 6 b) uma alimentação de hidrocarboneto do reformador HER tendo uma taxa de fluxo de hidrocarboneto do reformador HER (FHer), - o dito método compreendendo: ajustar a razão da taxa Fher/Fmru por meio do ajuste dos fluxos de hidrocarboneto para a unidade MRU e para o reformador HER com base na razão MRUs/c, a temperatura Tmru, a razão HERS/c, e o fluxo total de hidrocarboneto (FMru + FHer), de modo a manter um perfil de temperatura estável no Reformador de Troca de Calor (HER).Aspect 2. A method for improved thermal control in a Heat Exchange Reformer (HER) of a synthesis gas production unit, said synthesis gas production unit comprising a Main Reform Unit (MRU) and a Heat Exchange Reformer (HER), in which the effluent from the MRU unit is arranged to provide heat to the HER reformer, and in which a hydrocarbon feedstock is arranged to pass in parallel through both the MRU unit. HER reformer, thus providing: a) a hydrocarbon feed from the MRU unit having a vapor to carbon ratio of the MRU unit (MRUS / c), an effluent outlet temperature (TMru) and a hydrocarbon flow rate from the MRU (Fmru) unit (b) a HER reformer hydrocarbon feed having a HER reformer hydrocarbon flow rate (FHer), - said method comprising: adjusting the Fher / Fmru rate ratio by adjusting the flow rates of the HER reformer. for the MRU unit and HER reformer based on the MRUs / c ratio, the Tmru temperature, the HERS / c ratio, and the total hydrocarbon flow (FMru + FHer) to maintain a stable temperature profile in the Heat Exchange Reformer (HER).

Aspecto 3. O método de acordo com o aspecto 2, no qual o método compreende o aumento ou a diminuição da razão das taxas de fluxo Fher/Fmru, de preferência a diminuição da razão das taxas de fluxo Fher/Fmru- Aspecto 4. O método de acordo com o aspecto 2, no qual o método compreende o aumento ou a diminuição da razão vapor para carbono da unidade MRU (MRUs/c), o aumento ou a diminuição da temperatura de saída de efluente da unidade MRU (TMru), o aumento ou a diminuição da razão vapor para carbono no reformador HER (HERS/c) e/ou o aumento ou a diminuição do fluxo total de hidrocarboneto (FMru + FHer).Aspect 3. The method according to aspect 2, wherein the method comprises increasing or decreasing the Fher / Fmru flow rate ratio, preferably decreasing the Fher / Fmru- flow rate ratio. method according to aspect 2, wherein the method comprises increasing or decreasing the MRU unit vapor-to-carbon ratio (MRUs / c), increasing or decreasing the effluent outlet temperature of the MRU unit (TMru), increasing or decreasing the vapor to carbon ratio in the HER reformer (HERS / c) and / or increasing or decreasing the total hydrocarbon flow (FMru + FHer).

Aspecto 5. O método de acordo com o aspecto 4, no qual o método compreende o aumento da razão vapor para carbono do reformador TR (TRs/c).Aspect 5. The method according to aspect 4, wherein the method comprises increasing the vapor to carbon ratio of the TR reformer (TRs / c).

Aspecto 6. O método de acordo com qualquer um dos aspectos precedentes, no qual o reformador HER é um reformador HER do tipo baioneta ou um reformador HER do tipo dois tubos.Aspect 6. The method according to any of the preceding aspects, wherein the HER reformer is a bayonet-type HER reformer or a two-tube HER reformer.

Aspecto 7. Um método de acordo com qualquer um dos aspectos precedentes, no qual o dito método compreende a diminuição da razão das taxas de fluxo Fher/Fmru- Aspecto 8. Um método de acordo com qualquer um dos aspectos precedentes, no qual a unidade MRU provê um gás de síntese para uma fábrica de hidrogênio, uma fábrica de amônia, uma fábrica de metanol e/ou uma fábrica de combustível sintético.Aspect 7. A method according to any of the preceding aspects, wherein said method comprises decreasing the flow rate ratio Fher / Fmru- Aspect 8. A method according to any of the preceding aspects, wherein the unit MRU provides a synthesis gas for a hydrogen plant, an ammonia plant, a methanol plant and / or a synthetic fuel plant.

Aspecto 9. Um método de acordo com qualquer um dos aspectos precedentes, no qual o reator MSR é selecionado dentre um reformador tubular, um reformador secundário soprado a ar, um reformador secundário soprado a oxigênio e um reformador autotérmico.Aspect 9. A method according to any of the preceding aspects, wherein the MSR reactor is selected from a tubular reformer, an air blown secondary reformer, an oxygen blown secondary reformer and an autothermal reformer.

Aspecto 10. Um método de acordo com qualquer um dos aspectos precedentes, no qual o efluente da unidade MRU é disposto de modo a fluir a favor da corrente ou contra a corrente com a alimentação de hidrocar-boneto do reformador HER no reformador HER.Aspect 10. A method according to any of the foregoing aspects, wherein the effluent from the MRU unit is arranged to flow upstream or downstream with the HER reformer hydrocarbon feed into the HER reformer.

Aspecto 11. Um método de acordo com qualquer um dos aspectos precedentes, no qual a matéria-prima de hidrocarboneto compreende gás natural, gás LPG, nafta, gasolina reformulada (RFG) ou uma mistura de gás LPG e nafta.Aspect 11. A method according to any of the preceding aspects, wherein the hydrocarbon feedstock comprises natural gas, LPG gas, naphtha, reformulated gasoline (RFG) or a mixture of LPG gas and naphtha.

Aspecto 12. Um método de acordo com qualquer um dos aspectos precedentes, no qual a dita unidade de produção de gás de síntese inclui ainda um pré-reformador disposto a montante da unidade MRU e/ou do reformador HER.Aspect 12. A method according to any of the preceding aspects, wherein said synthesis gas production unit further includes a pre-reformer disposed upstream of the MRU unit and / or the HER reformer.

Aspecto 13. Uso de um método de acordo com qualquer um dos aspectos 2 a 11, para uma reduzida formação de poeira de metal no reformador HER.Aspect 13. Use of a method according to any of aspects 2 to 11 for reduced metal dust formation in the HER reformer.

REIVINDICAÇÕES

Claims (13)

1. Método para projetar a construção de um Reformador de Troca de Calor (HER) para minimizar a formação de poeira de metal, o dito reformador HER sendo parte de uma unidade de produção de gás de síntese, dita unidade de produção de gás de síntese compreendendo uma Unidade de Reforma Principal (MRU) e um Reformador de Troca de Calor (HER), em que o efluente da MRU é disposto de modo a prover calor para o HER, e em que uma matéria-prima de hidrocarboneto é disposta de modo a passar em paralelo tanto através da unidade MRU como do HER, proporcionando assim: a. uma alimentação de hidrocarboneto da MRU tendo uma razão vapor para carbono da MRU (MRUs/c), uma temperatura de saída de efluente (Tmru) e uma taxa de fluxo de hidrocarboneto de MRU (FMru) e b. uma alimentação de hidrocarboneto no HER tendo uma razão vapor para carbono no HER (HERS/c) e uma taxa de fluxo de hidrocarboneto do HER (Fher), - o método caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de; - determinar como o perfil de temperatura dentro do HER varia com a distância a partir da entrada do HER como uma função da razão de Fher/Fmru, a temperatura de saída da MRU (Tmru), a razão vapor para carbono da MRU (MRUs/c), a razão vapor para carbono no HER (HERS/c) e a taxa de fluxo total de hidrocarboneto (FMru + FHer); - a partir do dito perfil de temperatura, determinar uma distância (A) a partir da entrada do HER na qual a formação de poeira de metal não é significativa; - a uma distância maior que a dita distância (A) a partir da entrada do HER, construir o HER de um primeiro metal com uma resistência maior à formação de poeira de metal; e - a uma distância menor que a dita distância (A) a partir da entrada do HER, construir o HER de um segundo metal que tem uma resistência menor à formação de poeira de metal que o dito primeiro metal.1. Method for designing the construction of a Heat Exchange Reformer (HER) to minimize metal dust formation, said HER reformer being part of a synthesis gas production unit, said synthesis gas production unit. comprising a Main Reform Unit (MRU) and a Heat Exchange Reformer (HER), wherein the MRU effluent is disposed to provide heat to the HER, and wherein a hydrocarbon feedstock is disposed of running in parallel through both the MRU and HER units, thus providing: a. an MRU hydrocarbon feedstock having an MRU vapor to carbon ratio (MRUs / c), an effluent outlet temperature (Tmru) and an MRU hydrocarbon flow rate (FMru) and b. a hydrocarbon feedstock in HER having a vapor to carbon ratio in HER (HERS / c) and a hydrocarbon flow rate of HER (Fher), - the method comprising the steps of; - determine how the temperature profile within the HER varies with the distance from the HER inlet as a function of the Fher / Fmru ratio, the MRU outlet temperature (Tmru), the MRU vapor to carbon ratio (MRUs / c) the vapor to carbon ratio in the HER (HERS / c) and the total hydrocarbon flow rate (FMru + FHer); - from said temperature profile, determine a distance (A) from the inlet of the HER at which metal dust formation is not significant; - at a distance greater than said distance (A) from the inlet of the HER, construct the HER of a first metal with a higher resistance to metal dust formation; and - at a distance less than said distance (A) from the inlet of the HER, construct the HER of a second metal that has a lower resistance to metal dust formation than said first metal. 2. Método para um controle térmico aperfeiçoado em um Reformador de Troca de Calor (HER) de uma unidade de produção de gás de síntese, a dita unidade de produção de gás de síntese compreendendo uma Unidade de Reforma Principal (MRU) e um Reformador de Troca de Calor (HER), em que o efluente da unidade MRU é disposto de modo a prover calor para o HER, e em que uma matéria-prima de hidrocarboneto é disposta de modo a passar em paralelo tanto através da MRU como do HER, proporcionando assim: a. uma alimentação de hidrocarboneto da MRU tendo uma razão vapor para carbono da MRU (MRUs/c), uma temperatura de saída de efluente (TMRU) e uma taxa de fluxo de hidrocarboneto da MRU (FMru), e b. uma alimentação de hidrocarboneto do HER tendo uma taxa de fluxo de hidrocarboneto do reformador HER (FHer), - o método caracterizado pelo fato de que compreende a etapa de: ajustar a razão de FHer/Fmru por meio do ajuste dos fluxos de hidrocarboneto para a MRU e para o HER com base na MRUs/c, a TMru, a HERS/c, e o fluxo total de hidrocarboneto (FMru + FHer), de modo a manter um perfil de temperatura estável no Reformador de Troca de Calor (HER).Method for improved thermal control in a Heat Exchange Reformer (HER) of a synthesis gas production unit, said synthesis gas production unit comprising a Main Reform Unit (MRU) and a Heat Exchange (HER), wherein the effluent from the MRU unit is arranged to provide heat to the HER, and where a hydrocarbon feedstock is arranged to pass in parallel through both the MRU and HER, thus providing: a. an MRU hydrocarbon feedstock having an MRU vapor to carbon ratio (MRUs / c), an effluent outlet temperature (TMRU) and an MRU hydrocarbon flow rate (FMru), and b. HER hydrocarbon feed having a HER reformer hydrocarbon flow rate (FHer), - the method comprising the step of: adjusting the FHer / Fmru ratio by adjusting the hydrocarbon flows to the MRU and HER based on MRUs / c, TMru, HERS / c, and total hydrocarbon flow (FMru + FHer) to maintain a stable temperature profile in the Heat Exchange Reformer (HER) . 3. Método, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o método compreende o aumento ou a diminuição da razão de Fher/Fmru, de preferência a diminuição da razão de Fher/Fmru-Method according to Claim 2, characterized in that the method comprises increasing or decreasing the Fher / Fmru ratio, preferably decreasing the Fher / Fmru ratio. 4. Método, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o método compreende o aumento ou a diminuição da razão vapor para carbono da MRU (MRUs/c), o aumento ou a diminuição da temperatura de saída de efluente da MRU (Tmru), o aumento ou a diminuição da razão vapor para carbono no HER (HERS/C) e/ou o aumento ou a diminuição do fluxo total de hidrocarboneto (FMru + FHer).Method according to claim 2, characterized in that the method comprises increasing or decreasing the MRU vapor-to-carbon ratio (MRUs / c), increasing or decreasing the effluent outlet temperature of the MRU. (Tmru), the increase or decrease of the vapor to carbon ratio in HER (HERS / C) and / or the increase or decrease of the total hydrocarbon flow (FMru + FHer). 5. Método, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o método compreende o aumento da razão vapor para carbono do reformador TR (TRS/c).Method according to claim 4, characterized in that the method comprises increasing the vapor to carbon ratio of the TR reformer (TRS / c). 6. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o HER é um HER do tipo baioneta ou um HER do tipo dois tubos,Method according to any of the preceding claims, characterized in that the HER is a bayonet-type HER or a two-tube HER 7. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o dito método compreende a diminuição da razão de FHer/Fmru·Method according to any one of the preceding claims, characterized in that said method comprises decreasing the FHer / Fmru · ratio. 8. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a MRU provê um gás de síntese para uma fábrica de hidrogênio, uma fábrica de amônia, uma fábrica de metanol e/ou uma fábrica de combustível sintético,Method according to any one of the preceding claims, characterized in that MRU provides a synthesis gas for a hydrogen plant, an ammonia plant, a methanol plant and / or a synthetic fuel plant, 9. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o MSR é selecionado dentre um reformador tubular, um reformador secundário soprado a ar, um reformador secundário soprado a oxigênio e um reformador autotérmico.Method according to any one of the preceding claims, characterized in that the MSR is selected from a tubular reformer, an air blown secondary reformer, an oxygen blown secondary reformer and an autothermal reformer. 10. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o efluente da MRU é disposto de modo a fluir a favor da corrente ou contra a corrente com a alimentação de hidrocarboneto do HER no HER.Method according to any one of the preceding claims, characterized in that the effluent from the MRU is arranged to flow upstream or downstream with the HER hydrocarbon feed into the HER. 11. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a matéria-prima de hidrocarboneto compreende gás natural, gás LPG, nafta, gasolina reformulada (RFG) ou uma mistura de gás LPG e nafta.Method according to any one of the preceding claims, characterized in that the hydrocarbon feedstock comprises natural gas, LPG gas, naphtha, reformulated gasoline (RFG) or a mixture of LPG gas and naphtha. 12. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a dita unidade de produção de gás de síntese inclui ainda um pré-reformador disposto a montante da MRU e/ou do HER.Method according to any one of the preceding claims, characterized in that said synthesis gas production unit further includes a pre-reformer disposed upstream of the MRU and / or HER. 13. Uso de um método, como definido em qualquer uma das reivindicações 2 a 11, caracterizado pelo fato de que se destina a reduzir a formação de poeira de metal no HER.Use of a method as defined in any one of claims 2 to 11, characterized in that it is intended to reduce the formation of metal dust in the HER.
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