BRPI0810932B1 - Processador de combustível para a produção de oxigênio a partir de uma fonte de combustível - Google Patents

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hydrogen
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BRPI0810932-0A
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Xenophon Verykios
Dimitrios K. Lygouras
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Helbio S.A. Hydrogen And Energy Production Systems
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Abstract

processador de combustível para a produção de hidrogênio a partir de uma fonte de combustível, descrevese aqui uma unidade de processador de combustível de calor altamente integrado que pode ser usada para a produção de hidrogênio a partir de urna fonte de combustível; o conjunto é composto por um subconjunto integrado de reformador/combustor do tipo trocador de calor 51, incluindo também um catalisador capaz de induzir a reforma e a reação de combustão; o processador de combustível também dispõe de um reator de alta temperatura wgs 52, um reator wgs de baixa temperatura 53 e uma reação de oxidação seletiva de co ou reator de metanação 54 para que o trem de reatores possa maximizar a produção de hidrogênio e minimizar a concentração de co no produto; o processador de combustível inclui ainda uma série de geradores de vapor e trocadores de calor que aumentam a integração de calor do processador de combustível; o conjunto todo do processador de combustível ou seus subconjuntos podem ser empregados para a geração distribuída de hidrogênio altamente eficiente.

Description

PROCESSADOR DE COMBUSTÍVEL PARA A PRODUÇÃO DE HIDROGÊNIO A PARTIR DE UMA FONTE DE COMBUSTÍVEL
CAMPO DA INVENÇÃO [0001] Esta invenção se refere aos processadores de combustível para produção distribuída de
hidrogênio, e mais especialmente, processadores de
combustível onde os hidrocarbonetos são reformados para
produzir hidrogênio.
HISTÓRICO DA INVENÇÃO
[0002] Preocupações crescentes com as
emissões de gases de efeito estufa e da poluição atmosférica
proveniente do uso de energia e sobre a disponibilidade a
longo-prazo de combustíveis fósseis e a garantia de
fornecimento de energia impulsionam a busca por fontes alternativas de energia e vetores energéticos. O hidrogênio emergiu como o novo vetor energético preferido, uma vez que aborda todas estas questões. Pode ser usado tanto em motores de combustão interna e células de combustível para aplicações fixas ou móveis de qualquer tamanho.
[0003] Particularmente, a sua utilização em células de combustível para produzir eletricidade ou para cogerar calor e eletricidade representa o processo de produção de energia mais ambientalmente correto devido à ausência de emissões poluentes. Além disso, o hidrogênio pode ser produzido a partir de fontes de energia renováveis locais e abundantes, como biocombustíveis, energia solar ou eólica, proporcionando disponibilidade de energia segura e sustentável.
[0004] As questões críticas para o sucesso da implementação de hidrogênio como vetor de energia são suas
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2/17 fontes e distribuição. O hidrogênio tem sido produzido em larga escala por muitas décadas em refinarias e fábricas de produtos químicos. Para sua introdução bem sucedida no transporte e distribuição de setores de produção de energia, entretanto, é necessário o estabelecimento de um número suficiente de redes de distribuição e abastecimento.
[0005] O transporte de hidrogênio é muito ineficiente e caro devido à sua baixa densidade energética, na sua forma habitual.
[0006] Mesmo quando o hidrogênio é comprimido ou liquefeito, o seu transporte requer equipamentos especializados e volumosos que minimizem a quantidade que possa ser transportada com segurança, aumentando o consumo de recursos e custos.
[0007] Este problema pode se tornar intransponível na fase inicial da execução, quando a procura será baixa e não poderá justificar opções de infraestruturas dispendiosas, como as redes de gasodutos. A única opção viável será, portanto, a criação de instalações de produção distribuída de hidrogênio.
[0008] Inúmeras propostas para instalações de produção distribuída de hidrogênio variando em capacidade de poucos Nm3/h para algumas centenas Nm3/h estão em fases de avaliação e desenvolvimento e algumas já foram implementadas. Mesmo que tais instalações sejam muitomenores do que as empregadas nas refinarias e fábricas de produtos químicos, elas baseiam-se nos mesmos processos e tecnologias e envolvem a produção de hidrogênio pela reforma de hidrocarbonetos. Estas propostas aproveitam à rede de distribuição bem
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3/17 estabelecida de tais combustíveis para resolver os problemas de disponibilidade de matéria-prima.
[0009] Dentre os combustíveis mais comumente mencionados estão o gás natural, propano, butano (GLP) e etanol, como representante dos biocombustíveis. Eles podem ser reformados de acordo com as reações:
CH4 + H20 -> CO + 3H2 AH = 49,3 kcal/mol
C3H8 + 3H20 -> 3CO + 7H2 AH = 119,0 kcal/ mol
C4H10 + 4H20 -> 4CO + 9H2 AH = 155,3 kcal/ mol
C2HsOH + H20 -> 2CO + 4H2 AH = 57,2 kcal/ mol [0010] As reações de reforma são altamente endotérmicas, como indicado pelas reações de calor (AH) , exigindo quantidades substanciais de entrada de calor tipicamente suportadas por uma fonte externa de calor. Uma vez que estas reações ocorrem em temperaturas na faixa de 700900°C, a demanda de entrada de calor é aumentada pela necessidade de aquecer os reagentes. A técnica tipicamente empregada é de colocar o catalisador contendo tubos do reator dentro de uma fornalha aquecida por fogo que fornece o calor necessário. Esta é uma configuração bastante ineficiente, devido às graves limitações de transferência de calor que existem e os limites metalúrgicos que devem ser observados. Deve ser empregada uma configuração mais eficiente do reator.
[0011] Os produtos das reações de reforma podem gerar quantias substanciais adicionais de hidrogênio pela reação de deslocamento do gás da água (WGS):
CO + H20 ->C02 + H2 AH = -9,8 kcal/mol.
[0012] Esta reação é normalmente realizada em dois reatores: um de alta temperatura (250-450°C) que tira proveito do aumento das taxas de reação em temperaturas
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4/17 mais altas e um de baixa temperatura (150- 300°C) no qual se aproveita do equilíbrio termodinâmico mais favorável e reduz a quantidade de CO presente no fluxo de produtos para cerca de 1%. Quando são necessárias concentrações muito baixas de CO, como quando o produto vai alimentar uma célula a combustível de baixa temperatura, ocorre a oxidação seletiva de CO ou uma reação de metanação num reator subsequente que opera a baixas temperaturas (120- 250°C) e baixa a quantidade de CO para poucas ppm.
[0013] O que é evidente a partir do exposto é que a produção de hidrogênio para alimentar uma célula de combustível requer uma série de reatores que operam em faixas de temperatura muito diferentes. Calor de gerenciamento e otimização tornam-se, então, questões cruciais para os ' sistemas de geração distribuída de hidrogênio e devem ser tratados com a novela, muito calor configurações de processador integrado do combustível, como os da presente invenção.
BREVE DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO [0014] A presente invenção refere-se a um processador de combustível que produz um fluxo rico de hidrogênio adequado para alimentar pilhas de combustível de baixa temperatura pelo processo conhecido como reforma a vapor de hidrogênio contendo compostos. O processador de combustível é composto por quatro reatores e diversos trocadores de calor, de modo a atingir um grau muito elevado na integração de calor e eficiência muito elevada. Para aumentar ainda mais a eficiência, o reator de reforma é do tipo trocador de calor composto por um reformador/combustor onde as duas partes são separadas por uma fina divisória
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5/17 metálica e estão em contato térmico, de modo a facilitar a transferência eficiente de calor de combustão para a seção de reforma. Todos os quatro reatores e vários dos trocadores de calor podem ser colocados dentro de um único corpo, resultando em um processador de combustível muito compacto adequado para geração distribuída de hidrogênio. A combustão é principalmente catalítica e ocorre sobre um catalisador adequado. A reforma a vapor é uma reação catalítica e ocorre em detrimento de outro catalisador adequado.
[0015] Em um aspecto, a invenção se refere a um processador de combustível para produção de hidrogênio a partir de uma fonte de combustível. O processador de combustível inclui uma unidade de calor integrada de combustor/reformador de vapor. A mistura de combustível e de vapor é fornecida para o reformador a ser reformada e uma mistura de ar e combustível é fornecida para o combustor para ser queimada. O processador de combustível também dispõe de um reator WGS a alta temperatura, um reator WGS a baixa temperatura e um reator WGS de metanação. O processador de combustível inclui ainda uma série de trocadores de calor para a troca de calor entre as diferentes correntes do processo.
[0016] Como um recurso, a unidade integrada do combustor/ reformador de vapor inclui uma série de seções tubulares definida por paredes cilindricas separadas urnas das outros e apoiadas em cada extremidade em placas usinadas, de modo a permitir que as paredes cilíndricas passem por elas e para a conexão de fluido com apenas um lado da placa. A parede interna das seções tubulares é revestida com um catalisador que compreende a reação desejada no alimentador do combustor. A parede externa das seções tubulares é
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6/17 revestida com um catalisador que induz a reação desejada no alimentador do reformador. O conjunto inclui também uma cabeça de reator em forma adequada que facilita a introdução e distribuição do combustível e mistura do ar no interior das seções tubulares enquanto isola o espaço definido entre a placa e a cabeça do reator evitando a conexão de fluido com as partes ao redor.
[0017] A montagem inclui ainda uma cabeça de reator em forma adequada que facilita a coleta e saída dos produtos de combustão. O espaço do conjunto definido entre as chapas opostas e as superfícies externas das seções tubulares é a parte da reforma do conjunto e está em contato de fluidos com outras partes do processador de combustível permitindo a introdução da mistura de combustível e de vapor na seção de reforma e retirada dos produtos das reações de reforma.
[0018] Como outro recurso, os produtos do combustor são fornecidos a um trocador de calor, onde trocam calor com o alimentador do reformador. O produto pré-aquecido é, então, levado à seção de reforma.
[0019] De acordo com outro recurso, os produtos da reação de reforma (reformados) trocam calor com o alimentador ao reformador em um trocador de calor colocado após a saída da seção de reforma.
[0020] Ainda, de acordo com outro recurso, o produto reformado troca calor em um gerador de vapor onde o vapor é produzido para a alimentação do reformador. Os produtos reformados, em seguida, entram no reator WGS de alta temperatura onde a maioria do CO reage produzindo mais hidrogênio.
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7/17 [0021] Ainda, de acordo com outro recurso, o produto reformado troca calor em um gerador de vapor onde o vapor é produzido para a alimentação do reformador. Os produtos reformados, em seguida, entram no reator WGS de baixa temperatura onde a maioria do CO restante reage produzindo mais hidrogênio.
[0022] De acordo com outro recurso, o produto reformado troca calor com a água do processo em um trocador de calor. Os produtos reformados, em seguida, entram no reator de oxidação seletiva de CO onde a maioria do CO restante reage.
[0023] De acordo com outro recurso, o reator de oxidação seletiva de CO é substituído por um reator de metanação onde a maioria dos restantes CO reage.
[0024] De acordo com outro recurso, o produto reformado troca calor com a água do processo em um trocador de calor antes de existir o processador de combustível.
[0025] Ainda, de acordo com outro recurso, o processador de combustível compreende um recipiente de separação, onde a água condensada dos produtos reformados é separada da parte gasosa do produto reformado e é devolvida ao processo.
[0026] Em outro aspecto da presente invenção, o processador de combustível inclui um trocador de calor onde o calor é trocado entre os produtos do combustor e do combustível que alimenta o reformador.
[0027] De acordo com outro recurso, o processador de combustível inclui um trocador de calor onde
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8/17 o calor é trocado entre os produtos do combustor e a água do processo produzindo vapor para a alimentação do reformador.
[0028] Ainda, de acordo com outro recurso, o processador de combustível inclui um trocador de calor onde o calor é trocado entre os produtos do combustor e o ar alimentado para o combustor.
[0029] Ainda, de acordo com outro recurso, o processador de combustível inclui um trocador de calor onde o calor é trocado entre os produtos de combustor e a água do processo.
[0030] Ainda, de acordo com outro recurso, o processador de combustível compreende um recipiente de separação onde a água condensada proveniente dos produtos do combustor é separada da parte gasosa do produto e é devolvida ao processo.
[0031] Essas e outras características e vantagens da presente invenção serão observadas com a seguinte descrição da invenção e os desenhos associados.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS a figura 1 ilustra o sistema de processamento de combustível que o invento contém;
a figura 2 ilustra a unidade integrada do reformador/combustor da invenção;
a figura 3a é um fluxo esquemático mostrando o fluxo de fluido através do processador de combustível de acordo com uma configuração do processador de combustível de calor integrado da invenção; e a figura 3b é um fluxo esquemático mostrando o fluxo de fluido através do processador de combustível de
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9/17 acordo com outra configuração do processador de combustível de calor integrado da invenção.
DESCRIÇÃO DAS CONFIGURAÇÕES PREFERIDAS [0032] A presente invenção está descrita em detalhes com referência a algumas configurações preferidas ilustradas nos desenhos que a acompanham. A descrição apresenta vários detalhes específicos incluídos para fornecer uma compreensão completa da presente invenção.
[0033] Torna-se evidente, no entanto, a um especialista no assunto que a presente invenção pode ser praticada sem alguns ou todos esses detalhes específicos. Por outro lado, etapas bem conhecidas dos processos, procedimentos e estruturas não estão descritas em detalhes para não desnecessariamente ocultar a presente invenção.
[0034] A Figura 1 ilustra o processador de combustível de calor integrado 100 de acordo com uma configuração da presente invenção. O processador de combustível inclui uma passagem de fluxo 112, onde uma mistura de combustível e de vapor, que entra a uma temperatura de 120400°C, é fornecida ao trocador de calor 42 onde é pré-aquecida a 300-700°C pelos produtos reformados existentes no reformador/combustor 51. A mistura pré-aquecida de combustível e vapor é transferida através de passagem de fluxo 14 para o trocador de calor 41, onde depois é pré-aquecida a 600-900°C pelos produtos do combustor. Essa mistura préaquecida de combustível e vapor entra na seção de reforma do reformador/combustor 51, onde as reações desejadas são induzidas através de um catalisador. Os produtos reformados saem do reformador/combustor 51 a 600-850°C e transferem parte de seu calor para a mistura de vapor de combustível no
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10/17 trocador de calor 41, onde são resfriadas até 400-700oC. Os produtos reformados são, então, resfriados a 280-400°C fornecendo o calor necessário para a geração de vapor no gerador de vapor 43.
[0035] Os produtos reformados que saem do gerador de vapor 43 entram no reator WGS de alta temperatura 52, onde a maior parte do CO presente no fluxo é convertida em C02 pela reação de deslocamento do gás da água. A reação WGS é exotérmica, por isso os produtos saem do reator 52 a 300-500oC. Eles são resfriados a 150-300oC, fornecendo o calor necessário para a geração de vapor no gerador de vapor 44.
[0036] Os produtos do WGS de alta temperatura, que saem do gerador de vapor 44, entram no reator WGS de baixa temperatura 53, onde a maior parte do CO restante no fluxo é convertida em C02 pela reação de deslocamento do gás da água. A reação WGS é exotérmica, então, os produtos saem do reator 53 a 160-350oC. Eles são resfriados a 100200oC no trocador de calor 45, onde trocam calor com água do processo aquecendo a água do processo.
[0037] Os produtos do WGS de baixa temperatura que saem do trocador de calor 45 entram no reator de oxidação seletiva de CO 54, onde a maior parte do CO restante no fluxo é convertida em C02. A reação de oxidação seletiva é exotérmica, por isso os produtos saem do reator 54 a 120-250oC. Eles são resfriados até 60-80oC no trocador de calor 46, onde trocam calor com água de processo aquecendo a água do processo.
[0038] Em outra configuração da presente invenção, o reator de oxidação seletiva de CO 54 é substituído por um reator de metanação, onde a maior parte do CO contida
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11/17 no fluxo que sai do reator de WGS de baixa temperatura é convertida em CH4 pela reação de metanação.
[0039] O processador de combustível também inclui uma passagem de fluxo 124, onde uma mistura de ar e de combustível é fornecida para a seção de combustão da unidade integrada do reformador/combustor 51. O combustível é queimado em um catalisador que induz a reação desejada no alimentador do combustor. Os produtos do combustor saem através de passagem de fluxo 25 e alimentam o trocador de calor 41, onde trocam calor com o alimentador do reformador. Eles, então, saem do processador de combustível através da passagem do fluxo 126.
[0040] Em uma modalidade da presente invenção, reatores 51, 52, 53 e 54 e trocadores de calor 41, 42, 45 e 46 e geradores de vapor 43 e 44, dispostos conforme a FIG. 1 podem ser alojados em um único corpo formando uma unidade compacta e muito eficiente. Um corpo cilíndrico com 60 cm de altura e 30 cm de diâmetro é suficiente para abrigar uma unidade de reformador/combustor com uma capacidade de produção de hidrogênio de 15 Nm3/h.
[0041] Em outra modalidade da presente invenção, trocadores de calor 45 e 46 e reator 54 podem ser colocados em um segundo corpo separado para permitir uma maior flexibilidade ao armazenar o processador de combustível, por exemplo, para aplicações em movimento.
[0042] Em ainda outra modalidade da presente invenção, o processador de combustível pode produzir hidrogênio para uma célula de combustível de maior temperatura que possa tolerar concentrações de CO de aproximadamente 1%. Nessa modalidade, o reator 54 e o trocador de calor 46 são
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12/17 completamente removidos do processador de combustível, enquanto todas as outras peças são montadas na forma descrita anteriormente.
[0043] Em ainda outra modalidade da presente invenção, o processador de combustível pode produzir hidrogênio para uma célula de combustível de maior temperatura que possa tolerar concentrações de CO de cerca de 3-4% ou o processador de combustível pode ser conectado a um sistema de purificação de hidrogênio como uma unidade Pressure Swing Adsorption (PSA). Nesta modalidade, os reatores 54 e 53 e trocadores de calor 45 e 46 são completamente removidos do processador de combustível, enquanto todas as outras peças são montadas na forma descrita anteriormente.
[0044] A Figura 2 apresenta em mais detalhes uma configuração da unidade integrada do reformador integrado/combustor da invenção. O reformador/combustor 51 compreende uma série de seções tubulares 120 separados umas das outras e apoiadas em cada extremidade em espelho de tubos 131 e 132 usinadas, de forma a permitir que as paredes cilíndricas passem por elas e para a conexão de fluido com apenas um lado da placa. A parede interna das seções tubulares é revestida com um catalisador 122 que induz a reação desejada no alimentador do combustor.
[0045] O espaço total dentro das seções tubulares 120 define a zona de combustão 115, onde a maioria das reações de combustão acontece. O reformador/combustor inclui também uma cabeça de reator em forma adequada 142 conectada ao espelho de tubos 132 e contendo uma passagem de fluxo 124 para que facilite a introdução e distribuição da mistura de combustível e ar dentro das seções tubulares 120,
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13/17 enquanto que isola o espaço definido entre a placa 132 e a cabeça do reator 142 evitando a conexão de fluido com as partes ao redor. O reformador/combustor inclui ainda uma passagem de fluxo 141 que facilita a coleta dos produtos da combustão 26 e os direciona para o trocador de calor 41 através da linha de retorno dos gases de combustão 25.
[0046] A parede externa das seções tubulares 120 é revestida com um catalisador 121 que induz a reação desejada no alimentador do reformador 13 0 que vem do trocador de calor 41 e é direcionada pela chapa de distribuição 151. Os produtos das reações de reforma são coletados pela placa coletora 152 e são conduzidos ao trocador de calor 42. O espaço da unidade definido entre os espelhos de tubos opostos 131 e 132 e entre a placa do distribuidor 151 e a placa coletora 152 e as superfícies externas das seções tubulares é a zona de reforma 114 do reformador/combustor, onde as reações de reforma acontecem. Na modalidade preferida da presente invenção, as reações de reforma são realizadas no filme catalisador 121 que reveste as seções tubulares 120. A vantagem da invenção é o alto grau de integração de calor entre o reformador e o combustor, uma vez que o calor é transportado através da parede da seção tubular 120 minimizando resistências de transferência de calor e maximizando a utilização do calor.
[0047] Em outra modalidade, a zona de reforma 114 pode ser preenchida com um catalisador que induz a reação desejada no alimentador do reformador 130.
[0048] Como os tubos 120 e o espelho de tubos 132 ficam muito quentes durante a operação, a combustão pode ser iniciada na superfície frontal do espelho de tubos
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132 e atrás para propagar-se através da cabeça do reator 142 e, possivelmente, pela passagem do fluxo 124 se o combustível e o ar forem pré-misturados. Para evitar tal situação potencialmente muito perigosa, o ar e combustível podem ser mantidos separados até que entrem nos tubos 120, onde é desejada a combustão. O ar 135 entra na cabeça do reator 142 através da passagem de fluxo 124, é distribuído de maneira uniforme e entra nos tubos 120 através do espelho de tubos 132. O combustível 136 entra através de um coletor 180 passando pela passagem de fluxo 142, é colocado junto ao espelho de tubos 132 e é distribuído para cada tubo com pontas dimensionadas e com formato adequado 181. Ajustando os fluxos relativos do ar e do combustível, a combustão pode ser movida no interior dos tubos.
[0049] A Figura 3A apresenta um fluxo esquemático para o escoamento de fluidos em uma modalidade da presente invenção. 0 fluido que flui no processador de combustível 100 é o mesmo que os apresentados na FIG. 1. O processador de combustível de calor integrado 100 é posteriormente integrado com calor empregando-se múltiplos trocadores de calor 200 que utiliza a entalpia do fluxo dos gases de combustão para aquecer os diferentes fluxos do processo. O produto de combustão 26 que sai da unidade do reformador/combustor 51 alimenta a série de trocadores de calor 71, 72, 73 e 74. O trocador de calor 71 recebe a corrente fria da corrente de alimentação 10 e retorna o fluxo de alimentação pré-aquecido e evaporado 12. O trocador de calor 72 recebe água deionizada 11 como corrente fria e retorna vapor 13. Os fluxos 12 e 13 são combinados com fluxos 35 e 36 provenientes de geradores de vapor 43 e 44, respectivamente.
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15/17 [0050] O fluxo combinado é a alimentação da passagem de fluxo 14, que é alimentada com o trocador de calor 42 para ser posteriormente pré-aquecida. O trocador de calor 73 recebe ar 21 como corrente fria e retorna ar pré-aquecido 22. O ar pré-aquecido 22 é combinado com o combustível 23 e fornece a alimentação do combustor. O combustível 23 pode ser o mesmo combustível a ser reformado ou qualquer outro combustível adequado. Em uma modalidade da presente invenção, o combustível 23 representa o gás do ánodo que sai da célula de combustível quando o processador de combustível é acoplado a uma célula de combustível para a produção de calor e eletricidade. Em outra modalidade da presente invenção, o combustível 23 compreende o gás de escape do PSA ou semelhante, quando o processador de combustível é acoplado a essa unidade para a produção de hidrogênio de alta pureza.
[0051] O trocador de calor 74 recebe água fria do processo 65 como sendo a corrente fria e retorna água de processo quente 66. Isso é combinado com fluxos de processo de água quente 63 e 64 que saem dos trocadores de calor 45 e 46, respectivamente. O fluxo combinado 69 fornece água quente do processo a temperaturas de 50-80°C e que constitui a produção de calor útil da unidade de calor e energia combinadas (CHP). Um trocador de calor devidamente projetada 200 pode receber o gás de combustão a temperaturas de 500900°C e retornar gases de combustão a temperaturas abaixo de 50°C.
[0052] Em outra modalidade da presente invenção, os trocadores de calor 46 e 74 recebem ar ambiente ou frio como sendo a corrente fria e retornam ar quente para fins de aquecimento.
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16/17 [0053] Em ainda outra modalidade da presente invenção, quando a saída de calor do processador de combustível não pode ser utilizada, os trocadores de calor 46 e 74 são omitidos.
[0054] A figura 3B apresenta um fluxo esquemático para o escoamento de fluidos em outra modalidade da presente invenção, onde é usada a recirculação de água para diminuir a demanda de água do processador de combustível. A reforma de vapor empregada como a reação preferencial de produção de hidrogênio exige quantidades substanciais de água a ser fornecida junto com o combustível. A vantagem é que uma grande parte do hidrogênio é produzido a partir da água, ou seja, a água atua como combustível neste processo. Isso, no entanto, exige um abastecimento de água muito significativo e pode limitar a sua aplicabilidade em áreas onde existam restrições de água. Para superar esse problema, parte da água que sai do processador de combustível é recolhida, recirculada e reutilizada no processador de combustível.
[0055] Quando os produtos reformados 19 são resfriado abaixo de 100°C no trocador de calor 46, parte da água presente nos produtos é condensada para estabelecer um equilíbrio termodinâmico. Essa água condensada é separada no separador celular 81. A água adicional 91 pode ser alimentada ao separador para melhorar a separação e para fornecer a quantidade total de água necessária para formar os fluxos 32 e 33 que alimentam os geradores de vapor 42 e 44.
[0056] Quando os produtos de combustão 26 são resfriados abaixo de 100°C no trocador de calor 74, parte da água presente nos gases de combustão é condensada para estabelecer um equilíbrio termodinâmico. Essa água condensada
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17/17 é separada no separador celular 82. A água adicional 92 pode ser conduzida para o separador para melhorar a separação e para fornecer a quantidade total de água necessária para formar os fluxos 11 que alimentam o gerador de vapor 72.
[0057] Enquanto que essa invenção foi descrita em termos de várias modalidades preferidas, há alterações, permutações e equivalentes que se inserem no âmbito da presente invenção e foram omitidas para deixar a descrição mais concisa. Portanto, pretende-se que o escopo da presente invenção deva ser determinado com referência às reivindicações em anexo.

Claims (12)

  1. REIVINDICAÇÕES
    1. PROCESSADOR DE COMBUSTÍVEL PARA A PRODUÇÃO DE HIDROGÊNIO A PARTIR DE UMA FONTE DE COMBUSTÍVEL, processador de combustível caracterizado por conter dentro de um único corpo (100) : uma unidade integrada de um reformador de vapor/combustor (51) configurado para receber uma mistura de alimentação de vapor e combustível para ser reformada em tal unidade uma mistura de ar (21) e combustível (23) para ser queimada em tal reformador/combustor (51); um trocador de calor (42) posicionado antes e em conexão de fluido com tal conjunto configurado para receber os produtos da combustão (26) e transferir calor ao alimentador do reformador (51); um trocador de calor (41) posicionado após e em conexão de fluido com tal conjunto configurado para receber os produtos reformados e transferir calor ao alimentador do reformador (51); um gerador de vapor que recebe calor de produtos reformados gerando vapor; um reator onde ocorre a reação de deslocamento do gás da água a temperaturas de 250 a 500°C; um gerador de vapor que recebe calor de produtos da reação de deslocamento do gás da água gerando vapor; um reator onde ocorre a reação de deslocamento do gás da água a temperaturas de 150 a 400°C; um trocador de calor (45) que esfria os produtos da reação de deslocamento do gás da água; um reator (45) onde ocorre a reação da oxidação seletiva de CO ou reação de metanação; um trocador de calor que resfria os produtos da reação da oxidação seletiva de CO (54) ou da reação de metanação.
  2. 2. PROCESSADOR DE COMBUSTÍVEL PARA A PRODUÇÃO DE HIDROGÊNIO A PARTIR DE UMA FONTE DE COMBUSTÍVEL, de acordo com a reivindicação número 1, caracterizado por o
    Petição 870180145850, de 29/10/2018, pág. 30/36
    2/4 reator de oxidação seletiva de CO ou o reator de metanação e o trocador de calor que resfria os produtos da reação da oxidação seletiva de CO ou metanação estarem posicionados em uma ou mais unidades diferentes.
  3. 3. PROCESSADOR DE COMBUSTÍVEL PARA A PRODUÇÃO DE HIDROGÊNIO A PARTIR DE UMA FONTE DE COMBUSTÍVEL, de acordo com a reivindicação número 1, caracterizado por o trocador de calor que resfria os produtos da reação de deslocamento do gás da água, o reator de oxidação seletiva do CO ou reator de metanação e o trocador de calor que resfria o reator de oxidação seletiva do CO ou produtos da reação de metanação serem posicionados em uma ou mais unidades diferentes.
  4. 4. PROCESSADOR DE COMBUSTÍVEL PARA A PRODUÇÃO DE HIDROGÊNIO A PARTIR DE UMA FONTE DE COMBUSTÍVEL, de acordo com a reivindicação número 1, caracterizado por o reator de deslocamento do gás da água de baixa temperatura, o trocador de calor que resfria os produtos da reação de deslocamento do gás da água, o reator de oxidação seletiva de CO ou reator de metanação e o trocador de calor que resfria os produtos da oxidação seletiva de CO ou reação metanação serem colocados em uma ou mais unidades diferentes.
  5. 5. PROCESSADOR DE COMBUSTÍVEL PARA A PRODUÇÃO DE HIDROGÊNIO A PARTIR DE UMA FONTE DE COMBUSTÍVEL, de acordo com a reivindicação número 1, caracterizado por o gerador de vapor que resfria os produtos da reforma, o reator do deslocamento do gás da água a alta temperatura, o gerador de vapor que resfria a reação de deslocamento do gás da água de alta temperatura, o reator de deslocamento do gás da água de baixa temperatura, o trocador de calor que resfria os
    Petição 870180145850, de 29/10/2018, pág. 31/36
    3/4 produtos da reação de deslocamento do gás da água, o reator de oxidação seletiva de CO ou reator de metanação e o trocador de calor que resfria os produtos da oxidação seletiva de CO ou da reação de metanação serem colocados em uma ou mais unidades diferentes.
  6. 6. PROCESSADOR DE COMBUSTÍVEL PARA A PRODUÇÃO DE HIDROGÊNIO A PARTIR DE UMA FONTE DE COMBUSTÍVEL, de acordo com a reivindicação número 1, caracterizado por incluir ainda um trocador de calor que transfere calor entre os produtos da combustão (26) e a alimentação de combustível ao reformador.
  7. 7. PROCESSADOR DE COMBUSTÍVEL PARA A PRODUÇÃO DE HIDROGÊNIO A PARTIR DE UMA FONTE DE COMBUSTÍVEL, de acordo com a reivindicação número 6, caracterizado por incluir ainda um trocador de calor que transfere calor a partir dos produtos de combustão (26) gerando vapor.
  8. 8. PROCESSADOR DE COMBUSTÍVEL PARA A PRODUÇÃO DE HIDROGÊNIO A PARTIR DE UMA FONTE DE COMBUSTÍVEL, de acordo com a reivindicação número 7, caracterizado por ainda incluir um trocador de calor que transfere calor entre os produtos de combustão (26) e a alimentação de ar para o combustor.
  9. 9. PROCESSADOR DE COMBUSTÍVEL PARA A PRODUÇÃO DE HIDROGÊNIO A PARTIR DE UMA FONTE DE COMBUSTÍVEL, de acordo com a reivindicação número 8, caracterizado por incluir ainda um trocador de calor que transfere calor entre os produtos de combustão (26) e água ou ar para produzir água e ou ar com temperaturas mais elevadas.
  10. 10. PROCESSADOR DE COMBUSTÍVEL PARA A PRODUÇÃO DE HIDROGÊNIO A PARTIR DE UMA FONTE DE COMBUSTÍVEL,
    Petição 870180145850, de 29/10/2018, pág. 32/36
    4/4 de acordo com a reivindicação número 9, caracterizado por incluir ainda um separador que separa toda a água condensada para os produtos de combustão (26) resfriados reciclando essa água de volta para o processo.
  11. 11. PROCESSADOR DE COMBUSTÍVEL PARA A PRODUÇÃO DE HIDROGÊNIO A PARTIR DE UMA FONTE DE COMBUSTÍVEL, de acordo com a reivindicação número 10, caracterizado por incluir ainda um separador que separa toda a água condensada para os produtos refrigerados da reforma reciclando a água de volta para tal processo.
  12. 12. PROCESSADOR DE COMBUSTÍVEL PARA A PRODUÇÃO DE HIDROGÊNIO A PARTIR DE UMA FONTE DE COMBUSTÍVEL, de acordo com a reivindicação número 1, caracterizado por incluir ainda um separador que separa toda a água condensada para os produtos refrigerados da reforma reciclando a água de volta para tal processo.
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