ES2250044T3 - Produccion de gas de sintesis por reformacion con vapor. - Google Patents

Produccion de gas de sintesis por reformacion con vapor.

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Abstract

Procedimiento para la preparación de gas rico en hidrógeno y monóxido de carbono mediante el reformado con vapor de una materia prima de hidrocarburo en presencia de un catalizador de reformado con vapor dispuesto en una estructura porosa de soporte adherida a la pared de un reactor de reformado, en el que la estructura porosa de soporte se cubre con un catalizador que contiene un precursor cerámico y se impregna del material catalítico activo.

Description

Producción de gas de síntesis por reformación con vapor.
La presente invención está dirigida al reformado catalítico con vapor de una materia prima de hidrocarburo mediante contacto con un soporte catalizado.
Antecedentes de la invención
El término "soporte catalizado" según se usa en la presente memoria descriptiva se refiere a un sistema catalítico, en el que una capa de catalizador se coloca sobre una superficie de otro material, por ejemplo, un metal. El término soporte catalizado estabilizado con estructura porosa se refiere a un sistema catalítico, en el que una estructura porosa hecha a partir de un material, que es más resistente que el catalizador, se adhiere al otro material y el catalizador se deposita en las cavidades de la estructura porosa. En el resto de la descripción se considera que la estructura porosa está hecha a partir de metal. No obstante, se puede usar cualquier material poroso que sea más resistente que el material catalítico.
La tecnología de reformado con vapor, del estado de la técnica, hace uso de catalizadores de reformado en forma de pastillas de diversos tamaños y formas. Las pastillas de catalizador se colocan en reactores de lecho fijo o en tubos de reformado. La reacción global de reformado con vapor es endotérmica. El calor necesario se suministra desde un entorno externo a los tubos.
El uso de tubos de reformado con catalizadores de reformado con vapor de soportes catalizados en la pared interior del tubo de un reactor de reformado con vapor se describe en la solicitud de patente europea Nº 855.366. Las principales ventajas de usar un soporte catalizado en el procedimiento de reformado con vapor son:
a. Mejor transferencia de calor desde la fuente térmica externa a los tubos de reformado hasta el catalizador debido a la conducción directa de calor desde la pared interior del tubo hasta el catalizador.
b. Menor temperatura del tubo que tiene como resultado una mayor vida útil y/o un desgaste reducido del material del tubo.
c. Mayor temperatura del catalizador lo que tiene como resultado una mayor actividad del catalizador, una mayor conversión de hidrocarburo y una menor cantidad de catalizadores y
d. Menor caída de presión.
Un problema general del soporte catalizado, para uso en el reformado con vapor, es establecer suficiente resistencia de adherencia del catalizador a la pared del reactor y a la vez mantener las propiedades necesarias del catalizador respecto a la actividad catalítica, a la estructura de los poros, a la estabilidad de sinterización, etc.
El objetivo de la presente invención es proporcionar un soporte catalizado que tenga una mejor estabilidad de adherencia además de las propiedades necesarias del comportamiento catalítico en procedimientos de reformado con vapor.
De conformidad con el objetivo anterior, esta invención es un procedimiento para la preparación de un gas rico en hidrógeno y monóxido de carbono mediante el reformado con vapor de una materia prima de hidrocarburo en presencia de un catalizador de reformado con vapor que tiene una estructura porosa de soporte y estando adherido a la pared de un reactor de reformado, en el que el catalizador de reformado con vapor se deposita en la estructura porosa de soporte.
Las estructuras porosas de metal se adhieren mejor a una pared metálica del reactor. El catalizador se deposita dentro de la estructura porosa de metal y se mantiene en la estructura, lo que reduce o incluso elimina la necesidad de adherencia del catalizador a la pared del reactor.
A la hora de poner en práctica la invención se puede usar cualquier tipo de estructura porosa de metal que sea capaz de soportar las condiciones reales del procedimiento usadas en el procedimiento de reformado con vapor, entre otros espuma metálica, red metálica, metal expandido, metal sinterizado y malla metálica. La necesidad de adherencia del catalizador depende del tipo de metal poroso elegido.
La espuma metálica tiene una estructura, en la que las cavidades de los poros son sustancialmente esféricas y las aberturas de las cavidades tienen un radio inferior al radio de las cavidades esféricas. El material catalítico depositado en las cavidades no se puede salir de las mismas. Por lo tanto, no es necesaria la adherencia del catalizador al metal.
El catalizador se puede depositar en las cavidades, por ejemplo, inyectando una pasta que contiene un precursor cerámico en la espuma metálica, y posteriormente secando, calcinando e impregnando el material catalítico activo.
Si se elige una estructura porosa de metal, en la que la superficie física de la estructura no retiene el catalizador, aún así se reduce la resistencia de adherencia necesaria del catalizador al metal. Debido a la mayor zona de superficie de interconexión metal/catalizador, la resistencia de adherencia por zona individual es inferior para proporcionar la misma resistencia de adherencia.
La pérdida del catalizador por rozamiento se reduce de manera ventajosa dado que el catalizador está protegido por la estructura de metal cuando está en contacto con el gas que, inevitablemente, contiene partículas que fluyen por toda la superficie interior de los reactores.
Se reduce considerablemente el riesgo de que el catalizador se desprenda de la pared del reactor debido, por ejemplo, a tensión térmica.
En la solicitud de patente japonesa Nº JP 59-205332(A) se describe el uso de espuma metálica provista de un catalizador adherido a la pared de un recipiente del reactor para producir olefinas a partir de una materia prima de hidrocarburo. La finalidad de este catalizador es eliminar el riesgo de formación de coque, cuando se producen olefinas con pirolisis térmica interna de aceite pesado, usando un catalizador con una función de craqueo para sustancias pesadas. La publicación de patente anterior no dice nada acerca el procedimiento mediante el que el catalizador que contiene espuma se acopla al recipiente del reactor.
En la publicación de patente alemana Nº DE 19534433(C1) se describe el uso de una estructura catalítica en capas, hecha comprimiendo espuma metálica, que tiene polvo catalítico en sus poros y que es adecuada para un reactor de placas para el reformado de metanol.
La estructura porosa para uso en el procedimiento de la invención está, en una primera etapa, acoplada a la pared del recipiente de reacción. Posteriormente, el catalizador se dispersa en la estructura porosa.
El metal poroso se puede adherir a la pared del reactor por ejemplo, mediante soldadura o mediante unión por difusión.
La etapa de preparación en la que el metal poroso se adhiere a la pared del reactor exige calentar el reactor y el metal poroso a una temperatura por encima de la máxima temperatura de funcionamiento del reactor. Esto es necesario para proporcionar suficiente resistencia de adherencia a la máxima temperatura de funcionamiento del reactor.
Cuando se aplica soldadura, la temperatura de soldadura debe ser al menos de 100 a 150ºC superior a la máxima temperatura de funcionamiento.
El catalizador se puede disponer en la estructura porosa, por ejemplo, mediante pulverizado, pintado o introducción en una pasta que contiene un precursor cerámico. Posteriormente, la pasta se seca y se calcina. Finalmente, la capa cerámica obtenida de ese modo se impregna del material catalítico activo. Alternativamente, el material catalítico activo se aplica a la vez que el precursor cerámico.
En una forma de realización específica de la invención la estructura porosa se adhiere a la pared de un reactor de reformado mediante el siguiente procedimiento:
Tras un tratamiento previo adecuado del material de soporte y del tubo, una estructura porosa de metal se coloca en un tubo del reactor junto con el material de soldadura. El tubo se monta en un horno de inducción, de manera que una sección del tubo se calienta por encima de la temperatura de soldadura. Como se muestra esquemáticamente en la Fig. 1 de los dibujos adjuntos, para presionar el metal poroso contra la pared del tubo, en la zona de soldadura, se usa un mandril o una esfera, a fin de asegurar el contacto con la pared del tubo. La zona de calentamiento y el mandril se desplazan a todo lo largo de la longitud del tubo para obtener una soldadura del material de soporte a todo lo largo de la longitud total del tubo.
Esta invención se puede usar también con otras formas, distintas de tubos circulares, usando un mandril conformado de manera adecuada.
En las Figs. 2a y 2b se muestra esquemáticamente una disposición correspondiente a un procedimiento adicional para adherir el metal poroso a la pared de un reactor de reformado. La Fig. 2a muestra la disposición vista desde el extremo. La Fig. 2b muestra una vista en despiece ordenado. Tras un tratamiento previo adecuado del material de soporte y del tubo, la estructura porosa de metal 4 se coloca en el tubo 6 junto con el material de soldadura 5. Un segundo tubo más pequeño o varilla 1 está montado dentro del tubo. En el espacio anular entre el tubo interior y el exterior se coloca un material 2, que se dilata a una temperatura elevada. Se coloca una pieza de separación 3 para evitar el contacto entre 2 y 4. El tubo se coloca en un horno y se calienta a la temperatura de soldadura. El material dilatado presiona la estructura porosa de metal contra la pared del tubo para garantizar el contacto con la pared del tubo. Un material dilatable 2 adecuado es Interam®, un producto comercializado por 3M Inc.
En ambos procedimientos el catalizador se dispersa posteriormente en la estructura porosa. Las ventajas de usar un soporte catalizado para el reformado con vapor, que se ha descrito anteriormente, se refieren, en particular, a los procedimientos de reformado con vapor y, en general, a los procedimientos endotérmicos que se calientan con una fuente de calor externa.

Claims (8)

1. Procedimiento para la preparación de gas rico en hidrógeno y monóxido de carbono mediante el reformado con vapor de una materia prima de hidrocarburo en presencia de un catalizador de reformado con vapor dispuesto en una estructura porosa de soporte adherida a la pared de un reactor de reformado, en el que la estructura porosa de soporte se cubre con un catalizador que contiene un precursor cerámico y se impregna del material catalítico activo.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que la estructura porosa de soporte es de un material metálico.
3. Procedimiento según la reivindicación 2, en el que la estructura de metal es una espuma metálica, una red metálica, un metal expandido, un metal sinterizado o una malla metálica.
4. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que la estructura porosa de soporte se adhiere a la pared del reactor de reformado mediante soldadura o mediante unión por difusión.
5. Procedimiento según la reivindicación 4, en el que la soldadura se lleva a cabo por medio de un horno de inducción.
6. Procedimiento según la reivindicación 5, en el que el material poroso de soporte es espuma metálica.
7. Procedimiento según la reivindicación 4, en el que el material poroso de soporte se fija durante el procedimiento de soldadura por medio de un material dilatable.
8. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el reactor de reformado es un tubo.
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