BR112013005291A2 - Processo para a geração de vapor d'água de processo e vapor d'água de alimentação de caldeira em um reator de reforma aquecido para a produção de gás de síntese e aparelho para a geração de vapor d'água de processo e vapor d'água de alimentação de caldeira em um reator de reforma aquecido para a produção de gás de síntese - Google Patents

Processo para a geração de vapor d'água de processo e vapor d'água de alimentação de caldeira em um reator de reforma aquecido para a produção de gás de síntese e aparelho para a geração de vapor d'água de processo e vapor d'água de alimentação de caldeira em um reator de reforma aquecido para a produção de gás de síntese Download PDF

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Abstract

processo para a geração de vapor d’água de processo e vapor d’água de alimentação de caldeira em um reator de reforma aquecido para a produção de gás de síntese e aparelho para a geração de vapor d’água de processo e vapor d’água de alimentação de caldeira em um reator de reforma aquecido para a produção de gás de síntese a invenção refere-se a um método para a produção de vapor d’água de processo e vapor d’água de alimentação de caldeira em um reator de reforma aquecido para a produção de gás de síntese. por meio do método de acordo com a invenção, o calor sensível de um gás de síntese produzido a partir de hidrocarbonetos e vapor d’água pode ser usado de modo a obter dois tipos de vapor d’água, que são produzidos durante o aquecimento e evaporação da água de alimentação de caldeira e o condensado de processo, e em que o método também compreende uma conversão do monóxido de carbono contido no gás de síntese, e em que o método compreende um aquecimento opcional da água de alimentação de caldeira com o uso do gás de combustão a partir do aquecimento do reator de reforma. por meio do método, o calor sensível do gás de síntese e do gás de combustão que se origina do aquecimento pode ser usado de modo mais eficaz, em que as desvantagens do aquecimento do gás de combustão, que são causadas pelo fornecimento de variantes de calor no duto de gás de combustão, são evitadas. a invenção também se refere a um sistema por meio do qual o dito método pode ser realizado.

Description

PROCESSO PARA A GERAÇÃO DE VAPOR D'ÁGUA DE PROCESSO E VAPOR D'ÁGUA DE ALIMENTAÇÃO DE CALDEIRA EM UM REATOR DE REFORMA AQUECIDO PARA A PRODUÇÃO DE GÁS DE SÍNTESE E APARELHO PARA A GERAÇÃO DE VAPOR D'ÁGUA DE PROCESSO E VAPOR D'ÁGUA DE ALIMENTAÇÃO DE CALDEIRA EM UM REATOR DE REFORMA AQUECIDO PARA A PRODUÇÃO DE GÁS DE SÍNTESE
A invenção refere-se a um processo para a geração de vapor d'água de processo e vapor d'água de alimentação de caldeira em um reator de reforma aquecido para a produção de gás de síntese. O processo inventivo serve para aproveitar o calor sensível de um gás de síntese produzido a partir de hidrocarbonetos e vapor d'água, de modo a obter dois tipos de vapor d'água, sendo que cada um é gerado ao aquecer e evaporar a água de alimentação de caldeira e condensado de processo, com o processo também incluindo uma conversão do monóxido de carbono contido no gás de síntese, e com o processo incluindo aquecimento opcional da água de alimentação de caldeira por meio do gás de combustão obtido a partir do aquecimento do reator de reforma. O processo permite aproveitar o calor sensível do gás de síntese e o gas de combustão a partir do aquecimento mais eficientemente, enquanto evita as desvantagens do aquecimento do gas de combustão por conta das quantidades variantes de calor disponível no duto de gás de combustão. A invenção também se refere a um aparelho para realizar esse processo.
O gás de síntese pode, por exemplo, ser gerado pela conversão catalítica de hidrocarbonetos gasosos ou evaporados por meio de vapor d'água em um reator de reforma aquecido, sendo que o aquecimento é obtido realizando-se combustão de um gás de combustão com um gás oxigenoso. Na geração, o gás de síntese tem uma temperatura de aproximadamente 800 °C à aproximadamente 900 °C. 0 calor sensível do gás de síntese obtido pode desse modo ser usado para geração de vapor
2/20 d'água. O aquecimento rende um gás de combustão que também carrega calor sensível e pode ser igualmente usado para a geração de vapor d'água. 0 vapor d'água pode, por sua vez, ser usado para operar unidades auxiliares ou uma turbina de vapor d'água.
Para a geração de vapor d'água, o condensado de processo pode ser usado como água de alimentação, que é a água condensada que se forma quando o gás de síntese é resfriado. Esse condensado de processo, no entanto, envolve a desvantagem de que o mesmo contém as mesmas impurezas contidas no gás de síntese. Tais impurezas tem, frequentemente, efeito corrosivo indesejado de modo que o vapor d'água não seja ilimitadamente adequado para todas as aplicações.
Esse vapor d'água é desse modo usualmente empregado como vapor d'água inicial na reação de reforma.
Adicionalmente, a quantidade de vapor d'água obtido do condensado de processo, usualmente, não é suficiente para operar todas as unidades secundárias que frequentemente exigem uma quantidade constante de vapor d'água. Para resolver o problema, vapor d'agua adicional pode ser gerado a partir de água limpa de alimentação de caldeira. Tal vapor d'água não contém nenhuma impureza, de modo que atenda os requisitos rigorosos a serem cumpridos pela operação de turbinas de vapor d'água. Portanto, dois tipos de vapor d'água são obtidos.
A operação de dois sistemas de vapor d'água envolve grandes vantagens. É possível misturar o vapor d'água a partir do condensado de processo com, por exemplo, vapor d'água da água de caldeira para garantir a disponibilidade de uma quantidade suficiente de vapor d'água para a produção de gás de síntese ou para influenciar a composição de vapor d'água, de acordo com a pureza exigida para o processo ou a aplicação a jusante.
3/20
O vapor d'água obtido a partir da água de alimentação de caldeira não pode somente ser usado para a operação de unidades auxiliares ou turbinas de vapor d'água, mas também ser exportado ou usado como vapor d'água de alimentação para a geração de gás de síntese. O vapor d'água da água de alimentação de caldeira pode, por exemplo, ser gerado aquecendo-se a água de alimentação de caldeira com o gás de processo, que é gás de síntese recém-produzido de alta temperatura. De forma -análoga, o vapor d'água do condensado de processo, que é água condensada do gás de síntese, pode ggr gerado aquecendo-se o condensado de processo com gas de síntese. Aqui, o típico procedimento é aquecer a água de alimentação de caldeira ou o condensado de processo em um pré-aquecedor projetado como permutador de calor e então para evaporar a água aquecida em um gerador de vapor d'água. O gerador de vapor d'água pode, por exemplo, ser projetado como tambor de vapor d'água que é aquecido pelo gás de síntese por meio de bobinas de troca de calor de condução de fluido.
documento WO 2010051900 Al ensina um processo e um aparelho para a utilização de calor na reforma de vapor d'água de matérias-primas hidrocarbônicas por meio de vapor d'água, no qual um reformador de vapor d'água é usado para gerar um gás de síntese que carrega uma quantidade de calor, que inclui pelo menos seis permutadores de calor, uma unidade de tratamento d'água, uma seção de resfriamento, uma unidade de conversão de alta temperatura, pelo menos duas unidades de aumento de pressão, pelo menos um consumidor e pelo menos uma unidade para processamento adicional do gás de síntese obtido, com o gás de síntese gerado que carrega a primeira quantidade de calor que passa a unidade de conversão de alta temperatura, em que sua parte principal é convertida ao dióxido de carbono e hidrogênio, e o gás de síntese de carregamento de calor resultante é direcionado ao interior de
4/20 um primeiro permutador de calor para transferência térmica adicional que então, passa através de pelo menos mais dois permutadores de calor que são operados como pré-aquecedores de água de alimentação de caldeira, permutadores de calor de condensado de produto ou evaporadores de baixa pressão e são conectados em série em qualquer ordem desejada, sendo o gás de síntese resultante do evaporador de baixa pressão que é primeiro direcionado a outro pré-aquecedor de água de alimentação de caldeira no qual a energia térmica é transferida a uma corrente parcial da água de alimentação de caldeira a partir da unidade de tratamento d'água, sendo que o gás de síntese resultante passa subsequentemente pela seção de resfriamento onde o gás de síntese é adicionalmente resfriado e um fluxo de condensado produzido, e o gas de síntese resultante que é finalmente passado através de pelo menos uma unidade para processamento adicional. O processo não ensina nenhuma possibilidade de aproveitar o calor do gás de síntese a montante da unidade de conversão de alta temperatura.
Para gerar o vapor d'água a partir do condensado de processo, também é possível usar o calor sensível do gas de combustão. O Documento de Patente US 2009242841 Al ensina um Processo para a geração de gás de síntese no qual o gás de síntese é gerado por reforma a vapor em um reator de reforma, com um fluxo de ar de combustão, uma zona de convecção e uma corrente de gás de combustão e o processo que inclui a etapa de processo de passagem de ar de combustão através um sistema de permutador de calor preliminar na zona de convecção de modo a aquecer o ar de combustão em troca de calor indireta com o gás de combustão, com a temperatura do ar de combustão pré-aquecido na faixa entre aproximadamente 93°C (200°F) e 204°C (400°F) . De acordo com uma modalidade do processo, sendo que a água de alimentação de caldeira é aquecida
5/20
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passando-se a mesma através do gás de síntese seção de
resfriamento e do ar de combustão zona de convecção após ou
em paralelo ao ar de combustão a ser aquecido, sendo que a
zona de convecção é aquecida pela corrente de gás de combustão.
Para aquecer a água de alimentação de caldeira ou o condensado de processo pelo gás de combustão, o mesmo é usualmente necessário para operação de carga parcial para adaptar a quantidade de calor disponível no duto de gás de combustão em fluxo de massa constante do condensado de processo ou da água de alimentação de caldeira de modo a garantir a evaporação da água. Isso significa que uma quantidade de calor adicional deve ser enviada pelo menos temporariamente por meio de queimadores auxiliares, por exemplo. Isso envolve elevados custos operacionais.
Como o sistema duplo de vapor d'água, no entanto, envolve as vantagens mencionadas acima, são exploradas possibilidades para obter melhorias adicionais. Um ponto adicional para melhorar a eficiência do sistema duplo de vapor d'água é desviar o permutador de calor no duto de gás de combustão pelo período de tempo durante o qual nao há calor disponível suficiente no duto de gás de combustão. Dessa forma, não há necessidade de operar queimadores adicionais para aquecer o duto de gás de combustão.
É possível aquecer o condensado de processo por meio do calor residual do duto de gás de combustão. No entanto, conforme o condensado de processo não é usualmente resfriado às temperaturas da água de alimentaçao de caldeira de resfriamento, sua temperatura é maior que a da água de alimentação de caldeira de resfriamento. Devido à menor diferença de temperatura ao gás de combustão, os permutadores de calor para o condensado de processo no duto de gás de combustão exigem desse modo superfícies maiores de troca de
6/20 calor, de acordo com a Lei de Newton de resfriamento. A medida que a diferença de temperatura entre o condensado de processo e o gás aquecido de síntese é maior, superfícies de troca de calor significativamente menores sao exigidas na linha de gás de processo a jusante do reator de reforma do que no duto de gás de combustão. Conforme a reação de transferência de água-gás acontece adicionalmente em temperaturas consideravelmente menores do que a produção de gás de síntese, o calor da produção de gás de síntese pode ser usado mais eficientemente para o condensado de processo logo após a descarga do reator de reforma onde a temperatura é significativamente maior do que a jusante da unidade de conversão. As superfícies de troca de calor de tamanho reduzido, por sua vez, irão contribuir para um elevado custobenefício do processo.
Portanto, o objetivo é fornecer um processo que aproveite o calor do gás de síntese a montante da conversão de monóxido de carbono para evaporar o condensado de processo. Outro objetivo do processo é reduzir a dependência das quantidades variantes de calor disponível no duto de gas de combustão. Essas medidas servem para continuar usando as vantagens do sistema duplo de vapor d'água e melhorar o custo-benefleio da geração de vapor d·água nos reatores de reforma.
A invenção realiza esse objetivo por meio de um processo que usa um gerador de vapor d'água adicional instalado a montante da unidade de conversão de monóxido de carbono para gerar vapor d·água do condensado de processo. A medida que a geração de vapor d· água da água de alimentaçao de caldeira a montante da unidade de conversão já esta em operação, é adequada também para gerar vapor d'água^ do condensado de processo no mesmo lugar. Desse modo e possível substituir uma geração de vapor d'água permanente do
7/20 condensado de processo pelo duto de gás de combustão.
resfriamento do gás de processo a partir da entrada de reformador à temperatura de entrada da reação de transferência de água-gás tem, até agora, resultado tipicamente na evaporação de água de alimentação de caldeira. Outros exemplos mostram que parte do calor é também usado para o pré-aquecimento da matéria-prima. Desse modo, o gás natural ou a mistura de gás de alimentação, por exemplo, pode ser usado para a reação de reforma. Agora, de acordo com a presente invenção, o condensado de processo é adicionalmente evaporado entre a entrada de reformador e a entrada da reação de transferência de água-gás. Desse modo, de forma vantajosa, é obtida a evaporação do condensado de processo pelo gás de processo. Dessa forma, é possível abandonar a evaporação do condensado de processo no duto de gás de combustão completamente ou em parte. À medida que a diferença de temperatura entre o condensado de processo e o gás aquecido de síntese a montante da unidade de conversão CO é relativamente alta, as superfícies de troca de calor exigida será de tamanho significativamente menor que no duto de gás de combustão. Isso contribuirá, por sua vez, para um custobenefício melhorado do processo.
Antes de aquecer o condensado de processo no duto de gás de combustão, é vantajoso aquecer a água de alimentação de caldeira à medida que a mesma é mais resfriada e, devido ao superfícies menores de troca de calor, exige menos superfície de contato com o gás de síntese corrosivo. Isso também contribuirá para um custo-benefício melhorado do processo.
Dependendo do grau de utilização do aparelho, o duto de gás de combustão pode ser usado para a geração de vapor d'água a partir da água de alimentação de caldeira. Ao fazer isso, a transferência térmica do gás de combustão pode
8/20 ser desviada. Para esse propósito, as bobinas que conduzem a água de alimentação de caldeira através do duto de gás de combustão são desviadas pelo tempo em que uma quantidade insuficiente de calor está disponível no duto de gás de combustão. Dessa forma, é possível usar um permutador de calor de baixo custo no duto de gás de combustão, á medida que superfícies menores de troca de calor sao exigidas quando o aquecimento econômico não for mais possível devido a diferença de temperaturas no duto de gás de combustão. Dessa forma, também é possível aquecer parte da água de alimentação de caldeira ou água adicional de alimentaçao de caldeira no duto de gás de combustão. O uso de água fria de alimentação de caldeira permite troca de calor mais eficiente devido à diferença maior de temperatura ao gás de combustão.
Reivindica-se especialmente um processo para a geração de vapor d'água de processo e vapor d'água de alimentação de caldeira em um reator de reforma aquecido para a produção de gás de síntese, com • o gás de síntese de rendimento de processo por reforma a vapor a partir dos hidrocarbonetos e vapor d'água, sendo que o gás é aquecido incinerando-se um gás de combustão com um gás oxigenoso, e o gás de síntese gerado é resfriado e então condensado por uma série de permutadores de calor e uma seção de resfriamento, de modo que um gás de síntese seco e um condensado de processo são obtidos, e • o processo também inclui uma conversão de pelo menos parte do monóxido de carbono obtido com vapor d'água para formar dióxido de carbono e hidrogênio, e • dois diferentes tipos de vapor d'água disponibilizados, que são gerados da evaporação de água de alimentação de caldeira e a evaporação de condensado de processo, e
9/20 • a água de alimentação de caldeira que é aquecida com o gás de síntese por um pré-aquecedor instalado a jusante da unidade de conversão na direção do fluxo de gás, e a água de alimentação de caldeira que é então evaporada por um gerador de vapor d'água instalado a montante da unidade de conversão na direção do fluxo de gás, e • o condensado de processo que é aquecido por um permutador de calor e um pré-aquecedor, sendo que ambos são instalados a jusante da unidade de conversão na direção do fluxo de gás, e que é caracterizado pelo fato de que • o condensado de processo é evaporado por um gerador de vapor d'água adicional instalado a montante da unidade de conversão.
Para garantir que o gás de combustão possa também ser aproveitado para aquecer a água de alimentação de caldeira, sendo que a linha para a água líquida de alimentação de caldeira pode ser conduzida através do duto de gás de combustão, sendo que água de alimentação de caldeira é aquecida permanente ou temporariamente pelo gás de combustão por meio de um permutador de calor adicional. Para esse propósito, são instaladas válvulas desviadoras na linha de alimentação para a água de alimentação de caldeira nos permutadores de calor do duto de gás de combustão. Essas válvulas desviadoras permitem desvio do permutador de calor se, por exemplo, não houver calor disponível suficiente no duto de gás de combustão.
Como o custo-benefício do processo depende principalmente do ajuste do rendimento de vapor d'água à demanda de vapor d'água, é possível controlar o rendimento de todos os geradores de vapor d'água no sistema em uma modalidade vantajosa do processo. Isso pode ser alcançado, por exemplo, controlando-se o rendimento de vapor d'água da
10/20 água de alimentação de caldeira por meio de um controle de temperatura do Gerador de vapor d'água para água de alimentação de caldeira. Isso pode ser também obtido, no entanto, controlando-se a circulação térmica no gerador de vapor d'água por meio de válvulas ou bombas.
O rendimento de vapor d'água do condensado de processo pode também ser controlado em uma modalidade vantajosa do processo. Isso pode ser igualmente obtido controlando-se o rendimento de vapor d'água a partir do condensado de processo por meio de um controle de temperatura do gerador de vapor d'água para condensado de processo. Isso pode ser também obtido, no entanto, controlando-se a circulação térmica no gerador de vapor d'água por meio de válvulas ou bombas. No entanto, é mais difícil implantar um controle do rendimento de vapor d'água a partir do condensado de processo á medida que a quantidade disponível de condensado de processo é acoplada à produção de gás de síntese.
Em outra modalidade do processo inventivo, também é possível controlar tanto o rendimento de vapor d'água da água de alimentação de caldeira quanto o rendimento de vapor d'água do condensado de processo por meio de controle de temperatura dos geradores de vapor d'água. É válido dizer que tanto os tipos de vapor d'água podem ser misturados ou mesclados um com o outro, de acordo com os requisitos.
Os dois geradores de vapor d'água para a água de alimentação de caldeira e para o condensado de processo a jusante do reator de reforma em direção de fluxo do gás de síntese podem ser encaixados com encanamentos de desvio que permitem controle do fluxo de gás de síntese por meio dos geradores de vapor d'água. Também é possível fornecer permutadores de calor adicionais para a mistura adicional hidrocarbônica a ser aquecida para o reator de reforma a
11/20 montante ou diretamente a jusante da unidade de conversão CO.
A configuração do processo pode incluir adicionalmente fornecer um refervedor do tipo chaleira como um gerador de vapor d'água para condensado de processo a montante da unidade de conversão CO. A configuração pode incluir adicionalmente que o permutador de calor para condensado de processo a jusante da reação de transferencia de água-gás seja um refervedor do tipo chaleira. Isso é um meio de controlar a temperatura do gás de síntese. Também é possível passar o fluxo de gás de síntese a montante e a jusante da unidade de conversão CO através de um único refervedor do tipo chaleira com bobinas integrais. Dessa forma, o condensado de processo evaporação pode ser disposto com requisitos mínimos de espaço. O uso dos refervedores individuais do tipo chaleira e a determinação dos períodos relacionados de operação são deixados para a discrição do especialista versado na técnica. Dessa forma, é possível implantar um controle de temperatura para o fluxo de gás de síntese que é independente do gás de combustão e produção de gás de síntese. É válido dizer que o gás de síntese pode também include um gás de alto teor de hidrogênio, dependendo do grau de conversão CO.
É também reivindicado um aparelho que serve para executar o processo descrito. Especialmente reivindicado é um aparelho para a geração de vapor d'água de processo e vapor d'água de alimentação de caldeira em um reator de reforma aquecido para a produção de gás de síntese, que inclui • um reator de reforma aquecido para a produção de gás de síntese a partir dos hidrocarbonetos e do vapor d'água, • uma unidade de conversão para converter monóxido de carbono com vapor d'água em dióxido de carbono, • uma seção de resfriamento para condensar água
12/20 de processo, • dois pré-aquecedores para aquecer a água de alimentação de caldeira e o condensado de processo com gás de síntese, • um permutador de calor adicional para aquecer o condensado de processo com gás de síntese, sendo que o permutador de calor é instalado diretamente a jusante da unidade de conversão na direção do fluxo de gás de síntese, • um gerador de vapor d'água instalado a montante da unidade de conversão na direção do fluxo de gás de síntese, sendo que esse gerador é usado para a geração de vapor d'água a partir da água de alimentação de caldeira, e que é caracterizado pelo fato de que • o aparelho compreende um gerador de vapor d'água instalado a montante da unidade de conversão na direção do fluxo de gás de síntese, sendo que esse gerador é usado para gerar vapor d'água a partir do condensado de processo.
O aparelho pode ser equipado com um permutador de calor adicional para aquecer a água de alimentação de caldeira no duto de gás de combustão. Nesse formado, o duto de gás de combustão pode também ser usado para aquecer água de alimentação de caldeira. De acordo com uma modalidade da invenção, esse duto pode ser interrompido de modo que a água de alimentação de caldeira possa fluir no gerador de vapor d'água especificado diretamente e sem fluir através do duto de gás de combustão. Dessa maneira, é possível desviar o permutador de calor no duto de gás de combustão e impedir que o fluxo passe através do duto. A água de alimentação de caldeira fluirá então diretamente ao gerador de vapor d'água especificado.
Os geradores de vapor d'água podem ser de um modelo comumente usado, de acordo com o estado da técnica. Em uma
13/20 modalidade exemplificativa, os mesmos podem ser usados como um tambor de vapor d'água aquecido com o gás por meio de bobinas de troca de calor. O gerador de vapor d'água pode projetado como caldeira de vapor d'água padrão com circulação natural ou equipado com unidades de convecção, bombas ou refervedores.
Em uma modalidade da invenção, a linha de gás de síntese é dotada de um encanamento que pode ser interrompido e permite desvio controlável do gerador de vapor d'água para a água de alimentação de caldeira a montante da unidade de conversão CO na direção do fluxo de gás (encanamento de desvio). Desse modo, é possível controlar a porção de gás de síntese conduzida através do permutador de calor para a água de alimentação de caldeira. Em outra modalidade da invenção, a linha de gás de síntese é dotada de um encanamento que pode ggr interrompido e permite o desvio controlável do gerador de vapor d'água para o condensado de processo a montante da unidade de conversão CO na direção do fluxo de gás. Desse modo, é possível controlar a porção de gás de síntese conduzida através do permutador de calor para o condensado de processo. Também é possível instalar e usar ambas as linhas de desvio.
Os geradores de vapor d'água para a água de alimentação de caldeira e para o condensado de processo podem ser cambiáveis, apesar de uma modalidade preferencial determinar que o gerador de vapor d'água para água de alimentação de caldeira possa ser instalado diretamente a jusante do reator de reforma.
De acordo com uma modalidade da invenção, o gerador de vapor d'água na linha de gás de síntese a montante da unidade de conversão CO é um refervedor do tipo chaleira. De acordo com outra modalidade, o permutador de calor na linha de gás de síntese a jusante da unidade de conversão CO é um
14/20 refervedor do tipo chaleira. No entanto, também é possível fornecer a linha de gás de síntese com refervedores do tipo chaleira a montante assim como a jusante da unidade de conversão CO. Também é possível usar um refervedor do tipo chaleira com bobinas de troca de calor que forneça uma passagem do gás de síntese a montante assim como a jusante da unidade de conversão CO na direção do fluxo de gás. Em tal refervedor do tipo chaleira, o gás de síntese é aquecido simultaneamente a montante e a jusante da unidade de conversão CO. Em tal caso, o tambor de vapor d'água para o condensado de processo pode ser omitido de maneira exemplar. Também é possível fornecer múltiplos refervedores do tipo chaleira nas disposições mencionadas acima. O(s) refervedor(es) do tipo chaleira ou refervedor(es) podem ser fornecidos como única ou múltiplas unidades. Os refervedores do tipo chaleira são conhecidos, de acordo com o estado da técnica e se tornaram versões comumente usadas de caldeira ou refervedor.
De acordo com uma possível modalidade adicional da invenção, tanto os geradores de vapor d'água para a geração de vapor d'água da água de alimentação de caldeira quanto o condensado de processo podem ser controlados em termos de temperatura. Isso pode ser implantado por dispositivos opcionais. A planta também inclui tipicamente pré-aquecedores para a água de alimentação de caldeira e o condensado de processo. Esses são tipicamente projetados como permutadores de calor e podem também ser apresentados em número e ordem opcional.
De acordo com um modalidade adicional, uma unidade de conversão CO de baixa temperatura por reação de transferência de água-gás é instalada entre os préaquecedores para a água de alimentação de caldeira e o condensado de processo com gás de síntese, de modo a
15/20 aproveitar adicionalmente o calor de reação dessa conversão CO.
Adicionalmente, o aparelho inventivo pode incluir componentes em qualquer ponto que são exigidos para operação normal de um reator de reforma a vapor. Esses são, por exemplo, aquecedores, termostatos, resfriamento, compressores, redutores de pressão, dispositivos limitadores de pressão ou bombas. Tais componentes de planta são conhecidos ao especialista versado na fabricação de tal equipamento.
A invenção envolve a vantagem de que o calor sensível de um gás de síntese pode também ser aproveitado a montante de uma unidade de conversão de alta temperatura para o monóxido de carbono de um reator de reforma a vapor. A invenção envolve a vantagem adicional de que, embora mantenha o sistema duplo de vapor d'água, o vapor d'água da água de alimentação de caldeira pode ser obtido, que é aquecido tanto pelo gás de síntese quanto pelo gás de combustão a partir do aquecimento, assim como o condensado de processo, sem nenhuma necessidade de ajuste da quantidade de calor no duto de gás de combustão. Isso garante mais independência dos consumidores de vapor d'água em relação á quantidade de vapor d'água consumida.
A invenção é ilustrada por meio de três desenhos. A Figura 1 mostra uma planta com um fluxo de processo do estado da arte. A Figura 2 mostra uma planta inventiva com um fluxo de processo que representa somente uma modalidade exemplificativa para a qual a invenção não está limitada. A Figura 3 mostra a mesma modalidade em que o gerador de vapor d'água e o permutador de calor para condensado de processo foram substituídos por refervedores do tipo chaleira.
A Figura 1 mostra um aparelho, de acordo com o estado da técnica, que inclui um reator de reforma (1) para
16/20 reforma a vapor de hidrocarbonetos. A última é operada com um hidrocarboneto (2) e vapor d'água (3) para reforma. O aquecimento é realizado com um gás de combustão (4) e um gás oxigenoso (5). O gás de síntese obtido (6) é de uma temperatura de aproximadamente 800°C a 900°C e é passado para propósitos de resfriamento através de um permutador de calor (7) que aquece um gerador de vapor d'água (7a) para água de alimentação de caldeira (8) . Nessa modalidade, o gerador de vapor d'água (7) para água de alimentação de caldeira (8) é designado como um tambor de vapor d'água (7b) . O gás de síntese (6) flui subsequentemente a uma unidade de conversão de alta temperatura (9) onde o vapor d'água (H2O, 9a) é adicionado para converter o monóxido de carbono contido (CO) em dióxido de carbono (C02) e hidrogênio. O gás de síntese convertido (6) flui então a outro permutador de calor (10) que aquece um gerador de vapor d'água (10a) para o condensado de processo (11). Nessa modalidade, a última também é projetada como um tambor de vapor d'água (10b). O condensado de processo (11) é obtido a partir da seção de resfriamento (12) para o gás de síntese (6a) . 0 gás de síntese (6a) que foi resfriado enquanto fluía através dos permutadores de calor (7,10) para os geradores de vapor d'água é passado através de dois permutadores de calor adicionais usados como pré-aquecedores (13,14) para pré-aquecer a água de alimentação de caldeira (8) e o condensado de processo (11) . Ao deixar esses permutadores de calor (13,14) , o gás de síntese (6) alcança uma seção de resfriamento (12) em que o gás de síntese (6a) resfria ou é resfriado para permitir a condensação da água contida (11a). A água condensada (11a) é usada adicionalmente como condensado de processo (11) . Na saída, o gás de síntese resfriado seco (6b) é obtido. O condensado de processo (11) é conduzido através do duto de gás de combustão (16) por meio de um permutador de calor (15)
17/20 para aquecer adicionalmente o condensado. O tambor de vapor d'agua (10b) para o condensado de processo (11) é também aquecido pelo gás de combustão (17) por meio de um permutador de calor (18) . O vapor d'água (8a, 11b) é obtido a partir da água de alimentação de caldeira (8) e do condensado de processo (11).
A Figura 2 mostra um aparelho inventivo que também inclui um reator de reforma (1) que produz gás de síntese (6) e o transporta a uma unidade de conversão de alta temperatura (9) o calor do gás de síntese (6) produzido é aqui também aproveitado pela unidade de conversão de alta temperatura (9) para aquecer um gerador de vapor d'água (7a) por meio de um permutador de calor (7) para a água de alimentação de caldeira (8) . De acordo com a presente invenção, o calor do gás de síntese (6) a montante da unidade de conversão de alta temperatura (9) é usado para o condensado de processo (11) adicionalmente ao aquecimento por meio de permutador de calor (19) de um gerador de vapor d'água (10a). Após deixar a unidade de conversão de alta temperatura (9), o gás de síntese é transportado através de um permutador de calor (10) adicional para aquecer o gerador de vapor d'água para condensado de processo (11) e dois pré-aquecedores (13,14) adicionais que servem para pré-aquecer a água de alimentação de caldeira (11) e o condensado de processo (8). 0 condensado de processo (8) pode ser usado para aquecer a água de alimentação de caldeira (1) pelo gás de combustão (17) por meio de um permutador de calor (20) adicional no duto de gás de combustão (16) . Esse permutador de calor (20) pode ser interrompido por válvulas (21a,21b) e desviado por uma válvula de desvio (22) de modo que o permutador de calor (20) possa ser usado conforme exigido pela demanda de vapor d'água produzido e pela utilização do reator de reforma (1) . Os permutadores de calor para aquecer e evaporar o condensado de
18/20 processo (10,19) pode ser designado as refervedores do tipo chaleira. O gás de síntese (6a) pode também fluir através dos pré-aquecedores (13) e (14) na ordem inversa.
A Figura 3 mostra a mesma modalidade na qual o gerador de vapor d'água (19) e o permutador de calor (10) com tambor de vapor d'água (10b) para o condensado de processo (11) foram substituídos por um refervedor do tipo chaleira (23) . O gás de síntese (6) que deixa o gerador de vapor d'água (7) para a água de alimentação de caldeira (8) é 10 passado ao refervedor do tipo chaleira (23) que é aquecido e conduzido por meio de uma linha de entrada (24) à unidade de conversão CO (9) . A partir dali, é passado por meio de uma linha de saída (25) através do mesmo refervedor do tipo chaleira (23) de modo que sua temperatura será então como a 15 montante da unidade de conversão CO (9).
19/20
LISTA DE DESIGNAÇÕES E NUMERAIS DE REFERENCIA
1 Reator de reforma
2 Hidrocarboneto
3 Vapor d'água
4 Gás de combustão
5 Gás oxigenoso
6 Gás de síntese
6a Gás de síntese resfriado
6b Gás de síntese resfriado e seco
7 Permutador de calor para gerador de calor para
água de alimentação de caldeira
7a Gerador de vapor d' água para água de
alimentação de caldeira
7b Tambor de vapor d'água
8 Água de alimentação de caldeira
8a Vapor d' água de água de alimentaçao de
caldeira
9 Unidade de conversão de alta temperatura
9a Vapor d'água para conversão CO
10 Permutador de calor para o gerador de vapor
d'água para condensado de processo
10a Gerador de vapor d'água para condensado de
processo
10b Tambor de vapor d'água
11 Condensado de processo
11a Água de condensado de gás de síntese
12 Seção de resfriamento
13 Pré-aquecedor para pré-aquecer a água de
alimentação de caldeira
14 Pré-aquecedor para pré-aquecer o condensado de
processo
15 Permutador de calor para aquecer o condensado
duto de gás de combustão de processo em
20/20
Duto de gás de combustão
Gás de combustão
Permutador de calor para aquecer gerador de vapor d'água para condensado de processo
19 Permutador de calor para aquecer o condensado de processo a montante da unidade de conversão de alta temperatura
Permutador de calor em duto de gás de combustão para aquecer água de alimentação de caldeira
21a, 21b Válvulas para interromper o permutador de calor em duto de gás de combustão
Válvula de desvio para o permutador de calor em duto de gás de combustão
Refervedor do tipo chaleira
24 Linha de entrada de conversão CO
Linha de saída de conversão CO

Claims (15)

  1. REIVINDICAÇÕES
    1. PROCESSO PARA A GERAÇÃO DE VAPOR D'ÁGUA DE PROCESSO E VAPOR D'ÁGUA DE ALIMENTAÇÃO DE CALDEIRA EM UM REATOR DE REFORMA AQUECIDO PARA A PRODUÇÃO DE GÁS DE SÍNTESE,
    sendo que processo rende gás de síntese por reforma do • o vapor d'água a partir de hidrocarbonetos e vapor d'água, sendo que o gás é aquecido incinerando -se um gás de
    combustível com um gás oxigenoso, e o gás de síntese gerado é resfriado e então condensado por uma série de permutadores de calor e uma seção de resfriamento, de modo que um gás de síntese seco e um condensado de processo sejam obtidos, • o processo também inclui uma conversão de pelo menos parte do monóxido de carbono obtido com o vapor d'água para formar dióxido de carbono e hidrogênio, e • dois diferentes tipos de vapor d'água são disponibilizados, que são gerados a partir da evaporação de água de alimentação de caldeira e da evaporação de condensado de processo, e • a água de alimentação de caldeira é aquecida com o gás de síntese por um pré-aquecedor instalado a jusante da unidade de conversão na direção do fluxo de gás, e a água de alimentação de caldeira é então evaporada por um gerador de vapor d'água instalado a montante da unidade de conversão na direção do fluxo de gás, e • o condensado de processo é aquecido por um permutador de calor e um pré-aquecedor, sendo que ambos são instalados a jusante da unidade de conversão na direção do fluxo de gás, caracterizado em que • o condensado de processo é evaporado por um gerador de vapor d'água adicional instalado a montante da unidade de conversão.
  2. 2/5
    2. PROCESSO PARA A GERAÇÃO DE VAPOR D'ÁGUA DE PROCESSO E VAPOR D'ÁGUA DE ALIMENTAÇÃO DE CALDEIRA EM UM REATOR DE REFORMA AQUECIDO PARA A PRODUÇÃO DE GÁS DE SÍNTESE, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado em que a água
    5 de alimentação de caldeira é aquecida permanente ou temporariamente pelo gás de combustão por meio de um permutador de calor adicional.
  3. 3 . PROCESSO PARA A GERAÇÃO DE VAPOR D'ÁGUA DE PROCESSO E VAPOR D'ÁGUA DE ALIMENTAÇÃO DE CALDEIRA EM UM 10 REATOR DE REFORMA AQUECIDO PARA A PRODUÇÃO DE GÁS DE SÍNTESE, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado em que o rendimento de vapor d'água a partir da água de alimentação de caldeira é controlado por meio de um controle de temperatura do gerador de vapor d'água para a água de alimentação de 15 caldeira.
  4. 4. PROCESSO PARA A GERAÇÃO DE VAPOR D'ÁGUA DE PROCESSO E VAPOR D'ÁGUA DE ALIMENTAÇÃO DE CALDEIRA EM UM REATOR DE REFORMA AQUECIDO PARA A PRODUÇÃO DE GÁS DE SÍNTESE, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3,
    20 caracterizado em que o gerador de vapor d'água para o condensado de processo a montante da unidade de conversão CO é uma caldeira do tipo chaleira e o gás de síntese flui através dessa caldeira do tipo chaleira.
  5. 5. PROCESSO PARA A GERAÇÃO DE VAPOR D'ÁGUA DE
    2 5 PROCESSO E VAPOR D'ÁGUA DE ALIMENTAÇÃO DE CALDEIRA EM UM
    REATOR DE REFORMA AQUECIDO PARA A PRODUÇÃO DE GÁS DE SÍNTESE, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado em que o permutador de calor para o condensado de processo a jusante da unidade de conversão CO é uma
    3 0 caldeira do tipo chaleira e o gás de síntese flui através dessa caldeira do tipo chaleira.
  6. 6 . APARELHO PARA A GERAÇÃO DE VAPOR D' ÁGUA DE PROCESSO E VAPOR D'ÁGUA DE ALIMENTAÇÃO DE CALDEIRA EM UM
    3/5
    REATOR DE REFORMA AQUECIDO PARA A PRODUÇÃO DE GÁS DE SÍNTESE, que inclui • um reator de reforma aquecido para a produção de gás de síntese a partir dos hidrocarbonetos e vapor d'água,
    5 · uma unidade de conversão para converter monóxido de carbono com vapor d'água em dióxido de carbono, • uma seção de resfriamento para condensar água de processo , • dois pré-aquecedores para aquecer a água de
    10 alimentação de caldeira e o condensado de processo com gás de síntese, • um permutador de calor adicional para aquecer o condensado de processo com gás de síntese, sendo que o permutador de calor é instalado diretamente a jusante da
    15 unidade de conversão em direção do fluxo de gás de síntese, • um gerador de vapor d'água instalado a montante da unidade de conversão na direção do fluxo de gás de síntese, sendo que esse gerador é usado para a geração de vapor d'água a partir da água de alimentação de caldeira,
    20 caracterizado em que • o aparelho compreende um gerador de vapor d'água instalado a montante da unidade de conversão na direção do fluxo de gás de síntese, sendo que esse gerador é usado para gerar vapor d'água a partir do condensado de processo.
    25
  7. 7. APARELHO PARA A GERAÇÃO DE VAPOR D'ÁGUA DE
    PROCESSO E VAPOR D'ÁGUA DE ALIMENTAÇÃO DE CALDEIRA EM UM REATOR DE REFORMA AQUECIDO PARA A PRODUÇÃO DE GÁS DE SÍNTESE, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado em que o aparelho é equipado com um permutador de calor adicional para
    30 aquecer água de alimentação de caldeira no duto de gás de combustão.
  8. 8. APARELHO PARA A GERAÇÃO DE VAPOR D'ÁGUA DE PROCESSO E VAPOR D'ÁGUA DE ALIMENTAÇÃO DE CALDEIRA EM UM
    REATOR DE REFORMA AQUECIDO PARA A PRODUÇÃO DE GÁS DE SÍNTESE, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado em que o permutador de calor adicional para aquecer agua de alimentação de caldeira no duto de gás de combustão pode ser interrompido.
  9. 9 . APARELHO PARA A GERAÇÃO DE VAPOR D'ÁGUA DE PROCESSO E VAPOR D'ÁGUA DE ALIMENTAÇÃO DE CALDEIRA EM UM REATOR DE REFORMA AQUECIDO PARA A PRODUÇÃO DE GÁS DE SÍNTESE, de acordo com qualquer uma das- reivindicações 6. a. 8, caracterizado em que a linha de gás de síntese é equipado com uma caldeira do tipo chaleira a montante da unidade de conversão CO.
  10. 10. APARELHO PARA A GERAÇÃO DE VAPOR D'ÁGUA DE PROCESSO E VAPOR D'ÁGUA DE ALIMENTAÇÃO DE CALDEIRA EM UM REATOR DE REFORMA AQUECIDO PARA A PRODUÇÃO DE GÁS DE SÍNTESE, de acordo com qualquer uma das reivindicações 6 a 8, caracterizado em que a linha de gás de síntese é equipada com uma caldeira do tipo chaleira a jusante da unidade de conversão CO.
  11. 11. APARELHO PARA A GERAÇÃO DE VAPOR D'ÁGUA DE PROCESSO E VAPOR D'ÁGUA DE ALIMENTAÇÃO DE CALDEIRA EM UM REATOR DE REFORMA AQUECIDO PARA A PRODUÇÃO DE GÁS DE SÍNTESE, de acordo com a reivindicação 9 ou 10, caracterizado em que a linha de gás de síntese é dotada de um refervedor do tipo chaleira com bobinas de troca de calor que fornecem uma passagem do gás de síntese a montante, assim como a jusante da unidade de conversão CO na direção do fluxo de gás.
  12. 12. APARELHO PARA A GERAÇÃO DE VAPOR D'ÁGUA DE PROCESSO E VAPOR D'ÁGUA DE ALIMENTAÇÃO DE CALDEIRA EM UM REATOR DE REFORMA AQUECIDO PARA A PRODUÇÃO DE GÁS DE SÍNTESE, de acordo com qualquer uma das reivindicações 6 a 11, caracterizado em que a linha de gás de síntese é equipada com um encanamento que pode ser interrompido e permite um desvio
    5/5 controlável do gerador de vapor d'água para a água de alimentação de caldeira a montante da unidade de conversão CO na direção do fluxo de gás.
  13. 13. APARELHO PARA A GERAÇÃO DE VAPOR D'ÁGUA DE
    5 PROCESSO E VAPOR D'ÁGUA DE ALIMENTAÇÃO DE CALDEIRA EM UM REATOR DE REFORMA AQUECIDO PARA A PRODUÇÃO DE GÁS DE SÍNTESE, de acordo com qualquer uma das reivindicações 6 a 12, caracterizado em que a linha de gás de síntese é equipada com um encanamento que pode ser interrompido e permite desvio 10 controlável do gerador de vapor d'água para o condensado de processo a montante da unidade de conversão CO na direção do fluxo de gás.
  14. 14. APARELHO PARA A GERAÇÃO DE VAPOR D'ÁGUA DE PROCESSO E VAPOR D'ÁGUA DE ALIMENTAÇÃO DE CALDEIRA EM UM
  15. 15 REATOR DE REFORMA AQUECIDO PARA A PRODUÇÃO DE GÁS DE SÍNTESE, de acordo com qualquer uma das reivindicações 6 a 13, caracterizado em que a unidade para conversão CO de baixa temperatura está instalada entre os pré-aquecedores para a água de alimentação de caldeira e o condensado de processo.
BR112013005291-0A 2010-09-10 2011-08-20 Processo e aparelho para a geração de vapor dágua de processo e vapor dágua de alimentação de caldeira em um reator de reforma aquecido para a produção de gás de síntese BR112013005291B1 (pt)

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DE102010044939.3A DE102010044939C5 (de) 2010-09-10 2010-09-10 Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung von Prozessdampf und Kesselspeisewasserdampf in einem beheizbaren Reformierreaktor zur Herstellung von Synthesegas
PCT/EP2011/004205 WO2012031683A1 (de) 2010-09-10 2011-08-20 Verfahren und vorrichtung zur erzeugung von prozessdampf und kesselspeisewasserdampf in einem beheizbaren reformierreaktor zur herstellung von synthesegas

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