ES2527698T3 - Aparato y método de reformado - Google Patents

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Abstract

Un procedimiento de reformado de hidrocarburo gaseoso-vapor que comprende: c) la combustión parcial de combustible en una parte de la mezcla de combustible/aire (118) para formar una corriente de combustible calentada (124) que tiene una temperatura superior a las condiciones de carburización catastrófica para usar en las etapas del reformador (821-825); d) la combustión de una parte de la mezcla de combustible aire (118) en presencia de al menos una de las corrientes de aire precalentadas (107) para formar una corriente de aire calentada (126) que tiene una temperatura superior a las condiciones de carburización catastrófica para usar en las etapas del reformador (821-825); e) calentar una o más corrientes de agua (108) para formar vapor (172); f) mezclar el vapor (172) con una o más corrientes de hidrocarburo gaseoso (102) para formar una corriente de hidrocarburo gaseoso-vapor (174); g) calentar y reformar parcialmente la corriente de hidrocarburo gaseoso-vapor (174) en una o más etapas de prereformado (801-803) para formar una corriente del reformador (811), en donde a lo largo de una o más etapas de pre-reformado (801-803), la corriente de hidrocarburo gaseoso-vapor (174) tiene una combinación de temperatura y composición que evita las condiciones de carburización catastrófica y carbonización; h) reformar la corriente del reformador (811) en una o más etapas del reformador (821-825) para formar una corriente de gas de síntesis (180) y una corriente de gases de combustión (160), en donde a lo largo de una o más etapas de reformado (821-825), la corriente del reformador (811) tiene una combinación de temperatura y composición que evita las condiciones de carburización catastrófica y carbonización.

Description


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12-01-2015
DESCRIPCIÓN
Aparato y método de reformado
Campo de la invención
Esta invención se refiere a aparatos y métodos para el reformado de hidrocarburos gaseosos y más en particular se refiere a aparatos y métodos de baja carbonización, baja carburización catastrófica y alta eficacia para el reformado de hidrocarburos gaseosos.
El reformado con vapor es una reacción catalítica en la que una mezcla de vapor e hidrocarburos gaseosos es expuesta a un catalizador a alta temperatura para producir una mezcla de óxidos de carbono e hidrógeno, conocida normalmente como gas de síntesis. El gas de síntesis se puede convertir más en una variedad muy amplia de productos químicos a granel y especializados, incluyendo hidrógeno, metanol, amoniaco, combustibles de transporte y lubricantes.
Las reacciones químicas implicadas en el reformado con vapor se conocen desde hace muchos años. De hecho el reformado con vapor se ha usado en la industria desde 1930, y el reformado con vapor de gas natural ha sido el método dominante de producción de hidrógeno desde 1960, cuando se introdujo la operación a alta presión.
Dos potenciales problemas que surgen de las reacciones de reformado incluyen la carburización catastrófica y la carbonización, que pueden conducir a ineficacias en el procedimiento y al fallo del equipo. La carburización catastrófica se produce cuando la combinación de temperatura, presión y composición dentro de un entorno gaseoso carbonoso conduce a la degradación corrosiva de aleaciones en polvo. Las condiciones de carburización catastrófica pueden ser difíciles de evitar en sistemas de reformado y por lo tanto la carburización catastrófica es una amenaza constante. La carbonización se produce cuando los hidrocarburos gaseosos pirolizan para producir un material sólido carbonoso que puede aglomerarse o dañar las trayectorias de flujo, lo que puede conducir a ineficacias de la transferencia de calor y conversión y fallo del equipo.
Los reformadores de vapor industriales convencionalmente son de construcción tubular, que usan varios tubos metálicos grandes con catalizador de reformado empaquetado. La mezcla de alimentación de hidrocarburo/vapor fluye a través de los tubos, poniendo en contacto el catalizador y produciéndose la conversión al gas de síntesis. Debido a que las reacciones de reformado son endotérmicas, debe suministrarse calor para mantener las temperaturas de reformado necesarias (en general superiores a 800ºC). En sistemas de reformado tubulares convencionales, esto se lleva a cabo poniendo los tubos en un horno de combustión, normalmente que funciona con gas natural, donde el calor es transmitido a los tubos por una combinación de transferencia de calor conectiva y radiante.
Por lo tanto, la operación satisfactoria de un reformador tubular se basa en el mantenimiento de un equilibrio algo delicado entre las reacciones de reformado endotérmicas dentro de los tubos y la transferencia de calor a los tubos desde la combustión del horno. El flujo de calor a través de las paredes de los tubos debe ser suficientemente alto para mantener las temperaturas requeridas para las reacciones de reformado, pero no debe ser tan alto de modo que dé lugar a temperaturas de las paredes de metal excesivas (acompañado de reducción de la resistencia) o a la carbonización del hidrocarburo en puntos calientes dentro de los tubos. Por lo tanto, la operación de los reformadores tubulares debe someterse a un estricto control.
Aunque los reformadores tubulares de gran escala han tenido éxito tanto técnica como económicamente, los reformadores tubulares de pequeña escala son menos satisfactorios. Entre otras cosas, los costes de fabricación, instalación, mantenimiento y operación de los reformadores tubulares a pequeña escala no son atractivos.
Por lo tanto, los usuarios más pequeños de productos corriente abajo del gas de síntesis tales como hidrógeno, amoniaco y metanol, no han encontrado atractivo establecer instalaciones de producción en el sitio para estos productos. En su lugar, en general se basan en el suministro con camiones de cilindros del producto de productores a granel. Esta solución se está haciendo menos atractiva a medida que suben los precios de los combustibles de transporte. Además, muchos de dichos usuarios con acceso al gas natural preferirían tener instalaciones de producción en el sitio no solo para evitar los costes de transporte, sino también para potenciar la fiabilidad de su suministro. Además, la mayoría de los suministros de gas natural en el mundo se encuentran en campos pequeños en regiones remotas que no tienen servicios de tuberías al mercado del gas natural. El contenido de energía del llamado “gas varado” podría ser transportado más fácilmente al mercado si el gas se convirtiera primero en líquidos tales como metanol e hidrocarburos de cadena larga, que pueden ser producidos a partir del gas de síntesis.
Por lo tanto, es necesaria la producción de gas de síntesis a una escala más pequeña de lo que ha sido factible económicamente y en la práctica con sistema tubulares convencionales, y es probable que esta necesidad aumente. Sin embargo, hay considerables desafíos: un sistema de escala más pequeña debe estar en proporción razonable con la instalación a gran escala en el coste inicial y los costes de operación también deben ser proporcionales a la escala de producción. Los costes de operación bajos requieren una alta eficacia energética, minimizar los costes del gas natural, simplicidad de operación y minimizar o evitar la necesidad de atención de los operadores de la instalación a tiempo completo.
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Aunque la cantidad de calor requerida por las reacciones de reformado está fijada por la termodinámica, la eficacia global de uso de energía en la instalación depende de la eficacia con la que el calor se recupera del gas de síntesis caliente y las corrientes de gases de combustión calientes para precalentar las alimentaciones frías a las temperaturas de reformado y generar el vapor necesario. Los intercambiadores de calor de alimentación-efluente de alta eficacia y el uso de pre-reformadores calentados por gases de combustión pueden ayudar en relación con esto. Es importante que mientras que los sistemas de reformado de gran escala pueden reivindicar crédito de eficacia energética para el contenido de energía del exceso de vapor exportado a otros procesos en el sitio, los sistemas de reformado a pequeña escala no es probable que tengan un destino de exportación disponible para el exceso de vapor y por lo tanto su producción no potencia la eficacia.
Tanto los costes de capital iniciales como la simplicidad de operación se pueden potenciar minimizando el uso del control activo, usando en su lugar técnicas de control pasivo cando sea posible. Por ejemplo, la división adecuada de una sola corriente para pasar por varios componentes conectados en paralelo, se puede lograr disponiendo caídas de presión relativas adecuadas a través de esos componentes, sin usar válvulas de control. Como un ejemplo adicional, la temperatura de una corriente que sale de un intercambiador de calor se puede mantener dentro de límites cercanos disponiendo el intercambiador de calor para que opere con unas condiciones de pinch de temperatura pequeñas.
Una consideración adicional en sistemas de pequeña escala es que el usuario no puede operar de forma continua a plena o casi plena capacidad de la instalación, a diferencia de las instalaciones a gran escala. Por lo tanto, la modulación del rendimiento a lo largo de un amplio intervalo debe poder lograrse y someterse a automatización, así como los procedimientos de inicio y parada rápidos.
El reformador a escala pequeña también debe minimizar los requisitos de mantenimiento.
Por lo tanto, es necesario un procedimiento y aparato de reformado a pequeña escala que logre este objetivo de ser competitivo en capital y coste de operación con los sistemas a gran escala, como resultado de la simplicidad del control, seguimiento y mantenimiento junto con alta eficacia energética.
El documento WO 03/055585 describe un reactor químico que tiene un núcleo compuesto de una pila de placas metálicas que están unidas para difusión en una relación de cara a cara. Dentro del núcleo se encuentra una pluralidad de zonas de reacción, así como una pluralidad de zonas que reciben catalizador, y tanto las zonas de reacción como las zonas que reciben catalizador están definidas por aberturas alineadas respectivas en las placas. Se proporciona una primera disposición de canales en algunas de las placas para el transporte de un primer reaccionante a y entre las zonas de reacción, estando formadas partes de la primera disposición de canales que interconectan las zonas de reacción a lo largo de al menos una parte de su longitud como canales de intercambio de calor. Se proporciona una segunda disposición de canales en otras de las placas y está dispuesta para suministrar un segundo reaccionante a cada una de las zonas de reacción. También se proporciona una tercera disposición de canales en todavía otras de las placas para el transporte de un tercer reaccionante a y entre las zonas que reciben catalizador, estando formadas partes de la tercera disposición de canales que interconectan las zonas que reciben catalizador, a lo largo de al menos una parte de su longitud como canales de intercambio de calor que están situados en proximidad de intercambio de calor a los canales de intercambio de calor de la primera disposición de canales. También se describe un procesador que incorpora el reactor químico, estando dispuestas las zonas que reciben el catalizador para funcionar como etapas del reformador en el procesador final.
Breve resumen
La invención se define por las características de las reivindicaciones adjuntas. En algunas realizaciones, se puede diseñar un procedimiento y/o aparato de reformado con vapor de hidrocarburos gaseosos para limitar la aparición de condiciones de carburización catastrófica en partes localizadas del aparato o procedimiento. En algunas realizaciones, las partes localizadas del aparato y procedimiento a las que se limitan la aparición de condiciones de carburización catastrófica pueden incluir un precalentador de combustible, en donde una mezcla de combustible/aire se quema parcialmente para calentar una corriente de combustible desde por debajo de la temperatura de carburización catastrófica hasta por encima de la temperatura de carburización catastrófica. En algunas realizaciones, las partes localizadas del aparato o procedimiento a las que se limitan la aparición de condiciones de carburización catastrófica pueden incluir un precalentador de aire en donde se lleva a cabo la combustión de una mezcla de combustible/aires para calentar una corriente de aire desde por debajo de la temperatura de carburización catastrófica hasta por encima de la temperatura de carburización catastrófica. En algunas realizaciones, las partes localizadas del aparato o procedimiento a las que se limitan la aparición de condiciones de carburización catastrófica pueden incluir una parte del sistema de tuberías adyacente a un intercambiador de calor de temple donde una parte de la corriente de gas de síntesis formada durante el procedimiento del reformador se templa desde por encima de la temperatura de carburización catastrófica hasta por debajo de la temperatura de carburización catastrófica. En algunas realizaciones, las partes localizadas del aparato o procedimiento a las que se limitan la aparición de condiciones de carburización catastrófica pueden incluir una parte del sistema de tuberías del procedimiento donde el gas de síntesis templado se mezcla con una segunda parte del gas de síntesis que no se ha templado.
Por consiguiente, en algunas realizaciones, el procedimiento de reformado con vapor de hidrocarburos gaseosos
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puede incluir
a) precalentar una o más corrientes de aire para formar una o más corrientes de aire precalentadas;
b) combinar al menos una corriente de aire con una parte de al menos una corriente de combustible para formar una mezcla de combustible/aire que tiene una temperatura inferior a las condiciones de la carburización catastrófica;
c) la combustión parcial del combustible en una parte de la mezcla de combustible/aire para formar una corriente de combustible calentada que tiene una temperatura superior a las condiciones de carburización catastrófica para usar en una o más etapas del reformador;
d) la combustión de una parte de la mezcla de combustible/aire en presencia de al menos una de las corrientes de aire precalentadas para formar una corriente de aire calentada que tiene una temperatura superior a las condiciones de carburización catastrófica para usar en el reformado para usar en una o más etapas del reformador;
e) calentar una o más corrientes de agua para formar vapor;
f) mezclar el vapor con una o más corrientes de hidrocarburo gaseoso para formar una corriente de hidrocarburo gaseoso-vapor;
g) calentar y reformar parcialmente la corriente de hidrocarburo gaseoso-vapor en una o más etapas de prereformado para formar una corriente del reformador, en donde a lo largo de una o más etapas de pre-reformado, la corriente de hidrocarburo gaseoso-vapor tiene una combinación de temperatura y composición que evita las condiciones de carburización catastrófica y de carbonización;
h) reformar la corriente del reformador en una o más etapas del reformador para formar una corriente de gas de síntesis y una corriente de gases de combustión, en donde a lo largo de una o más etapas de reformado, la corriente del reformador tiene una combinación de temperatura y composición que evita las condiciones de carburización catastrófica y carbonización;
i) recuperar el calor de la corriente de gases de combustión para proporcionar calor a las etapas de pre-reformado en la etapa g) y proporcionar precalentamiento a la corriente de agua; y
j) recuperar calor de la corriente de gas de síntesis para precalentar la corriente de aire de la etapa a) y proporcionar calor para formar vapor en la etapa e).
En algunas realizaciones, el procedimiento o aparato comprende un procedimiento o aparato para el reformado con vapor de hidrocarburos gaseosos para producir gas de síntesis, donde la velocidad de alimentación del hidrocarburo gaseoso es de 1 a 10.000 metros cúbicos normales por hora (“SCMH”). En algunas realizaciones, el procedimiento o aparato se configura para minimizar, evitar o localizar la aparición de las condiciones de carburización catastrófica y/o carbonización a lo largo del procedimiento de reformado con vapor. Preferiblemente, el procedimiento o aparato se configura para evitar condiciones de carburización catastrófica en los intercambiadores de calor, etapas de reformado y etapas de pre-reformado del procedimiento o aparato. Preferiblemente, el procedimiento o aparato se configura para evitar condiciones de carbonización en las corrientes de alimentación de combustible, en las etapas de pre-reformado y reformado y/o las corrientes del gas de síntesis.
En algunas realizaciones, el procedimiento o aparato comprende un procedimiento o aparato para el reformado con vapor de hidrocarburos gaseosos para producir gas de síntesis, donde el procedimiento tiene una conversión de hidrocarburos mayor que 50% y menor que 95%. En algunas realizaciones, el procedimiento o aparato comprende un procedimiento o aparato para el reformado con vapor de hidrocarburos gaseosos para producir gas de síntesis, donde el procedimiento tiene una eficacia energética mayor que 50%. En algunas realizaciones, el procedimiento o aparato comprende un procedimiento o aparato para el reformado con vapor de hidrocarburos gaseosos, en donde todo el vapor requerido para el procedimiento se genera y se usa dentro del procedimiento, es decir, no hay exportación de vapor desde o importación al procedimiento.
En algunas realizaciones, un procedimiento o aparato para el reformado con vapor de hidrocarburos gaseosos comprende un sistema de control de flujo pasivo, por el cual se suministra la cantidad adecuada de combustible y aire a diferentes puntos en el procedimiento, tales como los precalentadores, las etapas de pre-reformado y/o etapas de reformado mediante equilibrado de caídas de presión dentro de los intercambiadores de calor, las etapas del prereformador y/o las etapas del reformador.
En general, se cree que el reformado de corrientes de hidrocarburo gaseoso implica las siguientes reacciones:
CnHm + nH2O ↔ nCO + (n + m/2) H2 (1); y
CO + H2O ↔ CO2 + H2 (2)
La ecuación (1) se reduce a
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CH4 + H2O ↔ CO + 3 H2 (3) cuando el hidrocarburo gaseoso es metano.
Breve descripción de los dibujos
La figura 1A muestra una representación esquemática de una realización de un sistema de reformado.
La figura 1B muestra una representación esquemática de una configuración alternativa para una parte del sistema de reformado según la figura 1A, figura 5 y figura 7. Las figuras 2A-C muestran representaciones esquemáticas de placas que se pueden usar para formar una
realización del intercambiador de calor de recuperación de calor del gas de síntesis 110 identificado en la figura 1A.
Las figuras 3A-B muestran representaciones esquemáticas de placas que se pueden usar para formar una realización del intercambiador de calor 164 identificado en la figura 1A, figura 5 y figura 7. Las figuras 4A-D muestran representaciones esquemáticas de las placas que se pueden usar para formar una
realización del intercambiador de calor 166 identificado en la figura 1A, figura 5 y figura 7. La figura 5 muestra una representación esquemática de una realización alternativa de un sistema de reformado. Las figuras 6A-C muestran representaciones esquemáticas de placas que se pueden usar para formar una
realización del intercambiador de calor de recuperación de calor del gas de síntesis 510 identificado en la figura 5. La figura 7 muestra una representación esquemática de una realización alternativa de un sistema de reformado. La figura 8 muestra una representación esquemática para una realización del módulo reformador 150 identificado en
la figura 1A, figura 5 y figura 7 que incluye un reformador y pre-reformador.
Las figuras 9A-E muestran representaciones esquemáticas de placas que se pueden usar para formar una realización de un pre-reformador. Las figuras 10A-B muestran representaciones esquemáticas de placas que se pueden usar para formar una celda en
un pre-reformador.
Las figuras 11A-F muestran representaciones esquemáticas de placas que se pueden usar para formar una realización de un reformador. Las figuras 12A-D muestran representaciones esquemáticas de placas que se pueden usar para formar una celda
en un reformador.
Las figuras 13A-B muestran una vista inferior de una pila de placas que forman un pre-reformador (figura 13A) y un reformador (figura 13B). La figura 14 muestra una ilustración de las tendencias deseadas de los perfiles de temperatura para la corriente de
aire del reformador y la corriente del reformador en una realización.
La figura 15 muestra una realización de una red de resistencias de flujo para las corrientes de aire y combustible en un sistema de reformado. Las figuras 16A-D muestran representaciones esquemáticas de placas que se pueden usar para formar una
realización de un reformador.
La figura 17 muestra una distribución de temperatura del gas de síntesis simulada para un intercambiador de calor de flujo cruzado del reformador sin tener en cuenta la conducción de la pared. La figura 18 muestra una distribución de temperatura del gas de síntesis simulada para un intercambiador de calor
de flujo cruzado del reformador teniendo en cuenta la conducción de la pared.
La figura 19 muestra una gráfica de las curvas de temperatura-entalpía de calor y frío compuestas para las corrientes del procedimiento en una realización de un sistema reformador. La figura 20 muestra una vista en perspectiva delantera de una configuración parcial para una realización de un
sistema reformador 100.
La figura 21 muestra una vista en perspectiva trasera de una configuración parcial para una realización de un sistema reformador 100 mostrado en la figura 20. Definiciones
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Condiciones de carburización catastrófica: la combinación de temperatura y composición dentro de un entorno gaseoso carbonoso que conduce a la degradación corrosiva de materiales estructurales y aleaciones a polvo. En general, la carburización catastrófica se produce a temperaturas intermedias entre 400ºC y 800ºC y donde la actividad del carbono en la fase gaseosa (“ac”) es mayor que 1. Debido a que la carburización catastrófica es un resultado de una combinación de temperatura y composición en una corriente dada, se puede manipular cualquiera de estas variables para evitar o reducir la aparición de condiciones de carburización catastrófica. Por consiguiente, para algunas composiciones, el límite superior para la carburización catastrófica puede ser menor que 800ºC, tal como 700ºC o 750ºC y el límite inferior puede ser mayor que 400ºC, tal como 420ºC o 450ºC. Por lo tanto, debe entenderse que de 400ºC a 800ºC pretende ser una regla general, pero hay excepciones y que las condiciones de carburización catastrófica implican la combinación de composición y temperatura. Por consiguiente, cuando esta solicitud menciona las “condiciones de carburización catastrófica se evitan o reducen” y similares, se indica que la combinación de las variables que puede conducir a las condiciones de carburización catastrófica se evitan o reducen por manipulación de temperatura, composición o ambos.
Sin querer estar ligado por ninguna teoría, se cree que la carburización catastrófica es, en su mayor parte, un resultado de las siguientes reacciones:
CO + H2↔ C + H2O (4); y
2CO ↔ CO2 + C (5)
Por consiguiente, las condiciones de carburización catastrófica se pueden evitar o reducir manipulando la temperatura y/o composición de una corriente gaseosa para evitar estas situaciones de reacciones y para evitar condiciones donde ac > 1. Alternativamente, el procedimiento y/o aparato se puede diseñar para limitar la aparición de condiciones de carburización catastrófica a puntos localizados del procedimiento y/o aparato para minimizar los requisitos de reparación, minimizar la dificultad y el coste de reparación y minimizar los requisitos del uso de aleaciones costosas o materiales recubiertos que son resistentes a la carburización catastrófica.
Materiales resistentes a la carburización catastrófica: Los materiales resistentes a la carburización catastrófica son materiales que resistente la degradación corrosiva cuando se exponen a condiciones de carburización catastrófica. Se pueden usar cualesquiera materiales que sean resistentes a la carburización catastrófica y por lo demás sean adecuados para las condiciones relevantes del procedimiento tales como la temperatura y presión. En algunas realizaciones, los materiales resistentes a la carburización catastrófica pueden ser Aleación 617, Aleación 617 recubierta con un revestimiento de aluminuro, o aleación 800H recubierta con un revestimiento de aluminuro. El revestimiento de aluminuro se puede formar por deposición de aluminio sobre la superficie del material, difundiéndolo en la aleación a alta temperatura y oxidándolo.
Catalizadores: En general, cuando se usa el término catalizador en la presente memoria con respecto a lechos o cámaras de reformado o combustión, se pretende incluir cualquier catalizador adecuado, tal como cualquier catalizador de metal precioso o no precioso adecuado o mezclas y combinaciones de los mismos, que puede ser un catalizador estructurado o no estructurado y puede ser un catalizador soportado o no soportado. Los catalizadores no estructurados adecuados pueden incluir catalizadores en partículas porosos que pueden tener su tamaño optimizado para lograr la reacción de reformado o combustión deseada, mientras que se mantiene la caída de presión deseada en la corriente relevante. Los catalizadores estructurados adecuados pueden formar revestimiento sobre un soporte de malla metálica o lámina metálica o sobre una matriz cerámica. En algunas realizaciones, el catalizador puede comprender un catalizador metálico que comprende un metal seleccionado de: oro, plata, platino, paladio, rutenio, rodio, osmio, iridio o renio, o combinaciones de uno o más de los mismos. En algunas realizaciones, el catalizador puede ser un catalizador de platino/paladio sobre un soporte con revestimiento delgado de alúmina en una matriz de lámina metálica de Fecralloy (hierro-cromo-aluminio).
Alternativamente, cuando se usa el término catalizador cuando se refiere a un catalizador de reactor de intercambio de agua-gas, se pretende que incluya cualquier catalizador adecuado, tal como un catalizador de metal precioso o no precioso o mezclas y combinaciones de los mismos, que pueden ser un catalizador estructurado o no estructurado y pueden ser un catalizador soportado o no soportado. Los catalizadores no estructurados adecuados pueden incluir catalizadores en partículas porosos que pueden tener su tamaño optimizado para lograr la reacción de intercambio agua-gas deseada, mientras que se mantiene la caída de presión deseada en la corriente relevante. Los catalizadores estructurados adecuados pueden formar revestimiento sobre un soporte de malla metálica o lámina metálica o sobre una matriz cerámica.
Descripción de las figuras
En algunas realizaciones, el procedimiento o aparato comprende un procedimiento o aparato para el reformado con vapor de hidrocarburos gaseosos para producir gas de síntesis, donde la velocidad de alimentación del hidrocarburo gaseoso es de 1 a 10.000 metros cúbicos normales por hora (“SCMH”), tal como de 2 a 5000 SCMH, tal como de 1 a 10, de 10 a 100, de 100 a 1000, de 1000 a 10.000, de 10 a 4000, de 15 a 3000, de 20 a 2000, de 30 a 1000, de 40 a 500, de 50 a 250 o de 60 a 100 SCMH.
En algunas realizaciones, un procedimiento o aparato para el reformado con vapor de hidrocarburos gaseosos para
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producir gas de síntesis, puede tener una conversión de hidrocarburos de 50% a 95%, tal como de 55% a 90%, de 60% a 85%, de 65 % a 80% o de 70% a 75%.
En algunas realizaciones, un procedimiento o aparato para el reformado con vapor de hidrocarburos gaseosos para producir gas de síntesis, puede tener una eficacia energética de 50% a 90%, tal como de 55% a 85%, de 60% a 80% o de 65% a 75%, cuando se calcula de acuerdo con la siguiente ecuación: imagen1
donde
LHVs = la cantidad de calor liberada por mol (o por kg) por combustión del producto del gas de síntesis, excluyendo el calor latente del agua;
Ms = el caudal molar (o másico) del producto del gas de síntesis;
LHVf = la cantidad de calor liberada por mol (o por kg) por combustión del combustible, excluyendo el calor latente del agua;
Mf = el caudal molar (o másico) del combustible;
LHVng = la cantidad de calor liberada por mol (o por kg) por combustión del gas natural, excluyendo el calor latente del agua; y
Mng = el caudal molar (o másico) del gas natural.
En algunas realizaciones, el procedimiento o aparato comprende un procedimiento o aparato para el reformado con vapor de hidrocarburos gaseosos, que tiene las eficacias descritas antes y en donde todo el vapor requerido para el procedimiento se genera y usa dentro del procedimiento, es decir, no hay exportación de vapor desde o importación al procedimiento.
En algunas realizaciones, el procedimiento o aparato se configura para minimizar, evitar o localizar la aparición de condiciones de carburización catastrófica y/o carbonización durante el mismo. Preferiblemente, el procedimiento o aparato se configura para evitar las condiciones las condiciones de carburización catastrófica en los intercambiadores de calor, las etapas de pre-reformado y/o las etapas de reformado del procedimiento o aparato. Preferiblemente, el procedimiento o aparato se configura para evitar las condiciones de carbonización en las corrientes de alimentación de hidrocarburo gaseoso, las corrientes de alimentación de combustible, en las etapas de pre-reformado y de reformado y/o en las corrientes de gas de síntesis. En algunas realizaciones, el procedimiento y/o aparato se puede diseñar para limitar la aparición de condiciones de carburización catastrófica a puntos localizados o componentes del procedimiento y/o aparato, tal como a puntos localizados del procedimiento o aparato que se pueden diseñar o construir de materiales protegidos o resistentes a la carburización catastrófica y/o configurar para la reparación y/o sustitución fácil y/o barata.
En algunas realizaciones, el procedimiento o aparato para el reformado con vapor de hidrocarburos gaseosos comprende un sistema de control de flujo pasivo de modo que se suministra la cantidad adecuada de combustible y aire a diferentes puntos en el procedimiento, tales como el precalentador y las etapas de combustión del sistema de reformado, mediante un equilibrio de la caída de presión dentro de los intercambiadores de calor, etapas del prereformador y/o etapas del reformador.
En algunas realizaciones, el procedimiento de reformado con vapor de hidrocarburos gaseosos comprende:
la combustión parcial del combustible en una primera corriente mezcla de combustible/aire para calentar la primera corriente mezcla de combustible/aire para usar durante el reformado de la corriente de hidrocarburo gaseoso-vapor;
la combustión de una segunda corriente de mezcla de combustible/aire para calentar una corriente de aire para usar durante el reformado de la corriente de hidrocarburo gaseoso-vapor; y
el reformado del hidrocarburo gaseoso-vapor para formar una corriente de gas de síntesis y una corriente de gases de combustión.
La combustión parcial puede comprender la oxidación catalítica de al menos una parte del combustible en la primera corriente de mezcla de combustible/aire para proporcionar una corriente de combustible calentada. La combustión parcial puede usar todo o sustancialmente todo el aire en la primera corriente de mezcla de combustible/aire. Después de la combustión parcial, la corriente de combustible calentada se puede proporcionar a una o más etapas del reformador para la combustión adicional para calentar o recalentar una o más corrientes de aire. La combustión de una segunda corriente de mezcla de combustible/aire puede comprender la oxidación catalítica de todo o
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sustancialmente todo el combustible en la segunda corriente de mezcla de combustible/aire para proporcionar una corriente de aire calentada. La corriente de aire calentada se puede proporcionar a una o más etapas del reformador para proporcionar calor a la corriente de hidrocarburo gaseoso-vapor que se está reformando. La corriente de aire enfriada resultante después se puede calentar o recalentar, por ejemplo, por combustión de una parte de la corriente de combustible calentada en presencia de la corriente de aire enfriada.
En algunas realizaciones, el reformado incluye el pre-reformado de la corriente de hidrocarburo gaseoso-vapor para formar una corriente del reformador, antes de reformar la corriente del reformador. En algunas realizaciones, el reformado incluye reducir la carburización catastrófica y/o carbonización durante el reformado por calentamiento y pre-reformado de la corriente de hidrocarburo gaseoso-vapor en múltiples etapas de pre-reformado, para formar una corriente del reformador, antes de reformar la corriente del reformador. En algunas realizaciones, el pre-reformado incluye reformar parcialmente una parte de la corriente de hidrocarburo gaseoso-vapor. En algunas realizaciones, el reformado parcial incluye múltiples etapas de pre-reformado, incluyendo cada etapa, a) calentar la corriente de hidrocarburo gaseoso-vapor seguido de b) reformado catalítico parcial de la corriente de hidrocarburo gaseosovapor. El calentamiento puede incluir recuperar calor de una corriente de gases de combustión del procedimiento de reformado. El número de etapas de pre-reformado puede ser de 1 a 10, tal como de 2 a 7 o de 3 a 5 etapas de prereformado. En algunas realizaciones, el pre-reformado se lleva a cabo en múltiples etapas para ayudar a evitar o reducir las condiciones de carbonización durante el pre-reformado y reformado. En algunas realizaciones, las condiciones de carbonización se evitan o reducen durante el pre-reformado alterando la composición y/o temperatura de la corriente de hidrocarburo gaseoso-vapor. En algunas realizaciones, el pre-reformado se lleva a cabo en un reactor de circuito impreso (“PCR”).
La corriente del reformador se puede reformar en una o más etapas de reformado catalítico. En algunas realizaciones, el reformado se lleva a cabo en un PCR. En algunas realizaciones, el reformado comprende de 1 a 40 etapas de reformado, tal como de 2 a 35 etapas, de 3 a 30 etapas, de 5 a 25 etapas, de 8 a 20 etapas o de 10 a 15 etapas de reformado catalítico. En algunas realizaciones, el reformado de la corriente de hidrocarburo gaseosovapor incluye al menos tres etapas de:
i) calentar la corriente del reformador recuperando calor de una corriente de aire calentada en un intercambiador de calor, para formar una corriente del reformador calentada y una corriente de aire enfriada;
ii) reformar al menos una parte de la corriente del reformador calentada; y
iii) la combustión de una parte de una corriente de mezcla de combustible/aire parcialmente combustionada en presencia de la corriente de aire enfriada para recalentar la corriente de aire enfriada.
En algunas realizaciones, el calentamiento de la corriente del reformador incluye recuperar calor en un intercambiador de calor de una corriente de aire calentada, tal como la corriente de aire calentada hecha por combustión de la segunda corriente de mezcla de combustible/aire, o la corriente de aire calentada hecha por combustión de una parte de la corriente de mezcla de combustible/aire parcialmente combustionada en presencia de una corriente de aire enfriada para recalentar la corriente de aire enfriada. En algunas realizaciones, el intercambiador de calor puede comprender un intercambiador de calor de flujo paralelo, de flujo cruzado o de contraflujo. Preferiblemente, el intercambiador de calor comprende un intercambiador de calor de flujo cruzado. En algunas realizaciones, el intercambiador de calor comprende un intercambiador de calor de circuito impreso. Preferiblemente, la caída de presión a través del intercambiador de calor para la corriente de aire enfriada es menor que 0,1 bar, tal como menor que 0,09 bar, menor que 0,07 bar, menor que 0,06 bar o menor que 0,05 bar. En algunas realizaciones, la caída de presión a través del intercambiador de calor para la corriente del reformador es menor que 0,5 bar, tal como por ejemplo, menor que 0,4 bar, menor que 0,30 bar, menor que 0,2 bar o menor que 0,1 bar.
El reformado de al menos una parte de la corriente del reformador calentada puede incluir el reformado catalítico de una parte de la corriente del reformador calentada para producir gas de síntesis. El reformado se puede llevar a cabo por una serie de etapas de reformado catalítico para maximizar la conversión de hidrocarburo, mientras que se reducen o se evitan las condiciones de carbonización en la corriente del reformador en el reformador. Preferiblemente, la conversión del hidrocarburo gaseoso se produce según la ecuación (1). Además, se puede producir la producción adicional de hidrógeno por la reacción de intercambio de agua-gas como sigue:
CO + H2O → CO2 + H2 (6)
que puede aproximarse al equilibrio durante el reformado y pre-reformado.
En algunas realizaciones, la combustión de una parte de la corriente de mezcla de combustible/aire parcialmente combustionada en presencia de la corriente de aire enfriada para recalentar la corriente de aire enfriada incluye la combustión catalítica de una parte de la corriente de mezcla de combustible/aire parcialmente combustionada en presencia de la corriente de aire enfriada. En algunas realizaciones, la parte de la corriente de mezcla de combustible/aire parcialmente combustionada se suministra por separado a las cámaras de combustión catalítica de una parte de, o de todas las etapas del reformador. En algunas realizaciones, la parte de la corriente de mezcla de combustible/aire parcialmente combustionada suministrada a las etapas del reformador es la misma cantidad de la
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corriente de mezcla de combustible/aire parcialmente quemada para cada etapa del reformador suministrada.
En algunas realizaciones, la parte de la corriente de mezcla de combustible/aire parcialmente combustionada suministrada a las etapas del reformador varía dependiendo de la etapa suministrada. En algunas realizaciones, la cantidad de la mezcla de combustible/aire parcialmente combustionada suministrada a una o más de las etapas de combustión de la segunda y posteriores etapas del reformador puede ser menor que la suministrada a una o más de las etapas precedentes. Por ejemplo, en algunas realizaciones, la cantidad de la corriente de mezcla de combustible/aire parcialmente combustionada suministrada se puede reducir sucesivamente para cada etapa de reformado y en algunas realizaciones, una o más etapas posteriores de reformado pueden no tener parte de la corriente de mezcla de combustible/aire parcialmente combustionada suministrada a la misma. Preferiblemente la cantidad de la mezcla de combustible/aire parcialmente combustionada suministrada a las etapas del reformador se reduce para cada etapa sucesiva y puede ser cero para una o más etapas.
La parte de la corriente de mezcla de combustible/aire parcialmente combustionada suministrada a cada etapa del reformado se puede controlar usando controles activos o pasivos. Preferiblemente, la parte de la corriente de mezcla de combustible/aire parcialmente combustionada suministrada a cada etapa del reformado se controla usando control de flujo pasivo. Dicho control de flujo pasivo se puede llevar a cabo equilibrando las caídas de presión en las corrientes de combustible, las corrientes de aire, las corrientes de mezcla de combustible/aire y/o sus corrientes componentes por todos los componentes del reformador e intercambiador de calor del procedimiento de reformado.
Después de completarse la última etapa de reformado, salen dos corrientes del reformador de las cuales se puede recuperar calor. La primera corriente es la corriente de gas de síntesis, que es la corriente de hidrocarburo gaseosovapor reformada. La segunda corriente es la corriente de gases de combustión, que es la corriente de aire que sale del último intercambiador de calor de la última etapa del reformador. Cada una de estas corrientes está a temperaturas relativamente altas.
En algunas realizaciones, el procedimiento o aparato logra las eficacias descritas en la presente memoria en parte recuperando el calor de las corrientes de gases de combustión y/o gas de síntesis que salen de las etapas del reformador. En algunas realizaciones, se recupera calor de la corriente del gas de síntesis en una o más corrientes de alimentación de reaccionante, tal como una o más de: una corriente de hidrocarburo gaseoso, una o más corrientes de combustible, una o más corrientes de aire y una o más corrientes de agua en uno o más intercambiadores de calor. En algunas realizaciones, el calor se recupera en uno o más intercambiadores de calor de la corriente de gases de combustión para calentar la corriente de hidrocarburo gaseoso-vapor en una o más etapas del pre-reformador. En algunas realizaciones, el calor es recuperado de la corriente de gases de combustión tanto por la corriente de hidrocarburo gaseoso-vapor como por una o más corrientes de agua. En algunas realizaciones donde el calor es recuperado de la corriente de gases de combustión tanto por la corriente de hidrocarburo gaseoso-vapor como por una o más corrientes de agua, la corriente de gases de combustión se calienta antes de intercambiar calor con la corriente de agua por la combustión de una parte de al menos la corriente de combustible en presencia de la corriente de gases de combustión. En algunas realizaciones, la corriente de agua recupera calor tanto de la corriente de gases de combustión como de la corriente de gas de síntesis. En algunas realizaciones, el calor es recuperado de al menos una parte de la corriente de gas de síntesis por templado de al menos una parte de la corriente de gas de síntesis en un intercambiador de calor de temple.
En algunas realizaciones, el procedimiento de reformado de hidrocarburo gaseoso-vapor comprende:
a) precalentar una o más corrientes de aire para formar una o más corrientes de aire precalentadas;
b) combinar al menos una corriente de aire con una parte de al menos una corriente de combustible para formar una mezcla de combustible/aire que tiene una temperatura inferior a las condiciones de la carburización catastrófica;
c) la combustión parcial del combustible en una parte de la mezcla de combustible/aire para formar una corriente de combustible calentada que tiene una temperatura superior a las condiciones de carburización catastrófica para usar en una o más etapas del reformador;
d) la combustión de una parte de la mezcla de combustible/aire en presencia de al menos una de las corrientes de aire precalentadas para formar una corriente de aire calentada que tiene una temperatura superior a las condiciones de carburización catastrófica para usar en el reformado para usar en una o más etapas del reformador;
e) calentar una o más corrientes de agua para formar vapor;
f) mezclar el vapor con una o más corrientes de hidrocarburo gaseoso para formar una corriente de hidrocarburo gaseoso-vapor;
g) calentar y reformar parcialmente la corriente de hidrocarburo gaseoso-vapor en una o más etapas de prereformado para formar una corriente del reformador, en donde a lo largo de una o más etapas de pre-reformado, la corriente de hidrocarburo gaseoso-vapor tiene una combinación de temperatura y composición que evita las condiciones de carburización catastrófica y de carbonización;
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h) reformar la corriente del reformador en una o más etapas del reformador para formar una corriente de gas de síntesis y una corriente de gases de combustión, en donde a lo largo de una o más etapas de reformado, la corriente del reformador tiene una combinación de temperatura y composición que evita las condiciones de carburización catastrófica y de carbonización;
i) recuperar el calor de la corriente del gases de combustión para proporcionar calor a las etapas de pre-reformado en la etapa g) y proporcionar precalentamiento a la corriente de agua; y
j) recuperar calor de la corriente de gas de síntesis para precalentar la corriente de aire de la etapa a) y proporcionar calor para formar la corriente en la etapa e).
En algunas realizaciones, la corriente de aire se precalienta por recuperación de calor de la corriente de gas de síntesis en un intercambiador de calor. De esta forma, al menos una parte del calor que queda en la corriente de gas de síntesis se puede recuperar, mejorando de esta forma la eficacia del procedimiento. La corriente de aire puede ser cualquier corriente de aire adecuada, tal como una corriente de aire del procedimiento o una corriente de aire soplado, y puede estar condicionada o no condicionada, tal como filtrada o no filtrada, purificada o no purificada, o humidificada o deshumidificada.
Preferiblemente, la corriente de aire puede ser una corriente de aire forzado proporcionada de un ventilador u otra fuente de aire soplado. En general, se prefiere que el aire se suministre a una presión suficiente para los requisitos del procedimiento, aunque no a una presión excesiva que pueda causar ineficacia en el procedimiento debido a mayores requisitos de energía del ventilador. Por consiguiente, el procedimiento y aparato se configuran de forma conveniente para minimizar la presión de aire requerida en el procedimiento, que se puede lograr evitando caídas de presión grandes a lo largo de los componentes del procedimiento, tales como los intercambiadores de calor, válvulas, y etapas de pre-reformado y reformado.
En algunas realizaciones, la combinación de al menos una corriente de aire con una parte de al menos una corriente de combustible para formar una mezcla de combustible/aire que tiene una temperatura inferior a las condiciones de carburización catastrófica, incluye unir una corriente de aire y una corriente de combustible. En algunas realizaciones, la al menos una corriente de aire es una parte de la corriente de aire descrita anteriormente, sea antes
o después de que la corriente de aire sea precalentada. En algunas realizaciones, la al menos una corriente de aire es una parte de la corriente de aire descrita anteriormente, antes de precalentamiento. De esta forma, puede haber una sola corriente de aire proporcionada al sistema o procedimiento que se puede dividir en dos o más corrientes de aire antes o después del precalentamiento. Una o más de las corrientes de aire se pueden precalentar en el mismo o en diferentes intercambiadores de calor recuperando calor de la corriente de gas de síntesis.
En algunas realizaciones, la corriente de combustible se puede precalentar recuperando calor de la corriente de gas de síntesis, tal como en un intercambiador de calor. En algunas realizaciones, una parte de la corriente de combustible que se combina con la al menos una corriente de aire se precalienta en el mismo intercambiador de calor en el que se precalientan una o más de las corrientes de aire descritas anteriormente. La corriente de combustible puede ser una parte de cualquier corriente de alimentación de combustible de combustión adecuado para procedimientos de reformado con vapor, tal como corrientes de gas residual o gas de cola de un procedimiento de adsorción por cambio de presión (PSA), de un procedimiento de producción de metanol o de un procedimiento de producción de amoniaco, o puede ser una mezcla de una gas residual o gas de cola con una corriente o corrientes de hidrocarburo gaseoso tales como corrientes de gas natural, corrientes de metano, corrientes de propano, mezclas de hidrocarburos gaseosos, gases residuales o gases de cola de refinería u otros y mezclas o combinaciones de los mismos. Las condiciones durante el precalentamiento preferiblemente se mantienen para reducir o evitar las condiciones de carburización catastrófica y carbonización en la corriente de combustible y en el intercambiador de calor.
La al menos una corriente de aire y la parte de la corriente de combustible se pueden unir de cualquier forma adecuada, tal como uniendo las corrientes para formar una sola corriente usando un conector en “Y” o en “T” o añadiendo una corriente a la otra corriente. En algunas realizaciones, la al menos una corriente de aire y la parte de la corriente de combustible se pueden unir en el intercambiador de calor combinando las corrientes de intercambio de calor de las dos, o alimentando las corrientes a la misma salida de intercambiador de calor. Preferiblemente, la mezcla de combustible/aire resultante es rica en combustible y solo es capaz de combustión incompleta debido a la cantidad limitada de aire en la corriente.
En algunas realizaciones, después de haberse formado la mezcla de combustible/aire, se puede dividir en dos o más corrientes usando cualquier mecanismo de división adecuado, tal como una conexión en “Y” o en “T”. Al menos una parte de la mezcla de combustible/aire dividida se puede quemar parcialmente, tal como por combustión catalítica, para formar una corriente de combustible calentada, que puede tener una temperatura superior a las condiciones de carburización catastrófica. Preferiblemente, la combustión es parcial como resultado del aire limitado en la mezcla. En algunas realizaciones, la corriente de combustible calentada puede no contener sustancialmente aire combustible y puede incluir combustible y subproductos de combustión. En algunas realizaciones, durante la combustión de la mezcla de combustible/aire, la corriente experimenta condiciones de carburización catastrófica y/o carbonización. En dichos casos, los componentes de la corriente asociada con la combustión, incluyendo la cámara
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de combustión, preferiblemente se construyen de materiales resistentes a la carburización catastrófica, tales como aleaciones resistentes a la carburización catastrófica o aleaciones que se han revestido con revestimientos resistentes a la carburización catastrófica y/o se configuran para la reparación y/o renovación y sustitución fáciles. Preferiblemente, la temperatura y composición de la corriente de combustible calentada, después de la combustión, son adecuadas para usar en las etapas del reformador, sin más modificación, y son tales que la corriente de combustible calentada no experimentará condiciones de carburización catastrófica o carbonización en las etapas del reformador.
Se puede llevar a cabo la combustión de una segunda parte de la mezcla de combustible/aire, tal como por combustión catalítica en presencia de una corriente de aire precalentada para formar una corriente de aire calentada para las etapas del reformador. En algunas realizaciones, la corriente de aire calentada puede tener una temperatura superior a las condiciones de carburización catastrófica. Preferiblemente, el combustible en la mezcla de combustible/aire se combustiona completa o sustancialmente completamente para proporcionar calor adicional a la corriente de aire precalentada.
En algunas realizaciones, el calentamiento de una o más corrientes de agua para formar vapor incluye la recuperación de calor de una corriente de gases de combustión y/o una corriente de gas de síntesis. En algunas realizaciones, la recuperación de calor de una corriente de gas de síntesis incluye la recuperación de calor de una corriente de gas de síntesis en dos puntos diferentes en el procedimiento de reformado de hidrocarburo gaseosovapor, tales como poco después de que la corriente de gas de síntesis salga de las etapas del reformador y justo antes de que la corriente de gas de síntesis salga del procedimiento.
En algunas realizaciones, la una o más corrientes de agua recuperan calor de la corriente de gases de combustión en un intercambiador de calor después de que la corriente de gases de combustión haya salido de las etapas de reformado y pre-reformado, tal como justo antes de que la corriente de gases de combustión salga del procedimiento de reformado. En algunas realizaciones, la corriente de gases de combustión se puede combinar con una parte de la corriente de combustible y/o la corriente de hidrocarburo gaseoso y después precalentar por combustión, tal como combustión catalítica, la parte de la corriente de combustible y/o corriente de hidrocarburo gaseoso, en presencia de la corriente de gases de combustión antes de entrar en el intercambiador de calor, pero después de que la corriente de gases de combustión haya salido de las etapas de reformado y pre-reformado. En otras realizaciones, tales como realizaciones donde el reformado se lleva a cabo como un procedimiento de reformado a temperatura alta, esta etapa de combustión puede no estar incluida o no usarse.
En algunas realizaciones, la corriente de agua recupera calor de una parte de la corriente de gas de síntesis poco después de que la corriente de gas de síntesis salga de las etapas del reformador, produciéndose la recuperación en un intercambiador de calor de temple en el que la corriente de gas de síntesis que entra produce vapor por intercambio de calor con una corriente de agua en un intercambiador de calor que está sumergido en el agua. En dichas realizaciones, debido a que el intercambiador de calor está sumergido en el agua, se evitan las condiciones de carburización catastrófica como resultado de la temperatura del metal relativamente constante debido al agua que hierve, junto con presión insuficiente para elevar el punto de ebullición del agua a temperaturas de carburización catastrófica. Aunque el intercambiador de calor no experimenta condiciones de carburización catastrófica, la corriente de gas de síntesis, justo antes de entrar en el intercambiador de calor de temple, puede hacerlo. Por consiguiente, esta parte de las tuberías del gas de síntesis en al menos 5 diámetros de tubería de la entrada al intercambiador de calor preferiblemente está construida de materiales resistentes a la carburización catastrófica, tales como aleaciones resistentes a la carburización catastrófica o aleaciones que se han revestido con revestimientos resistentes a la carburización catastrófica y/o está configurada para la reparación y/o restirada y sustitución fáciles. En algunas realizaciones, todo o una mayor parte del vapor generado y usado en el procedimiento de reformado de hidrocarburo gaseoso-vapor se genera en el intercambiador de calor de temple. En algunas realizaciones, la corriente de gas de síntesis se divide para formar una primera corriente de gas de síntesis y una segunda corriente de gas de síntesis y se recupera calor en el intercambiador de calor de temple de una de la primera y la segunda corrientes de gas de síntesis.
En algunas realizaciones, la corriente de agua recupera calor de la corriente de gas de síntesis justo antes de que la corriente de gas de síntesis salga del procedimiento de reformado de hidrocarburo gaseoso-vapor. En algunas realizaciones, esta recuperación de calor se produce en el mismo intercambiador de calor que la recuperación de calor para las corrientes de aire y combustible como se ha descrito antes. En otras realizaciones, se usa un intercambiador de calor separado para la recuperación de calor en la corriente de agua desde la corriente de gas de síntesis justo antes de que la corriente de gas de síntesis salga del procedimiento de reformado de hidrocarburo gaseoso-vapor.
En algunas realizaciones, después de haber calentado una o más corrientes de agua para producir vapor, el vapor se mezcla con una o más corrientes de hidrocarburo gaseoso para formar una corriente de hidrocarburo gaseosovapor. La mezcla se puede llevar a cabo uniendo una corriente de vapor con una corriente de hidrocarburo gaseoso para formar una sola corriente usando cualquier medio adecuado, tal como usando un conector en “Y” o en “T” o añadiendo una corriente a la otra corriente. En algunas realizaciones, la corriente de hidrocarburo gaseoso se ha precalentado, tal como precalentado por recuperación de calor de la corriente de gas de síntesis, tal como en el mismo o diferente intercambiador de calor que la recuperación de calor para las corrientes de aire y combustible,
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descrito antes. La corriente de hidrocarburo gaseoso puede ser cualquier corriente de hidrocarburo gaseoso adecuada para el reformado con vapor, tal como gas natural, metano, propano, mezclas de hidrocarburos gaseosos, gases de combustión de refinería u otros, y mezclas o combinaciones de los mismos. En algunas realizaciones, la relación de vapor a hidrocarburo gaseoso en la corriente de hidrocarburo gaseoso-vapor se puede indicar mediante una relación de vapor a carbono. En algunas realizaciones, la relación de vapor a carbono en la corriente del reformador puede ser de 1:1 a 12:1, tal como de 2:1 a 10:1, de 3:1 a 8:1 o de 4:1 a 6:1.
En algunas realizaciones, la corriente de hidrocarburo gaseoso-vapor es pre-reformada en una o más etapas del pre-reformado. En algunas realizaciones, la una o más etapas del pre-reformado incluyen calentar y reformar parcialmente la corriente de hidrocarburo gaseoso-vapor para formar una corriente de reformado. En dichas realizaciones, el reformado parcial puede comprender una o más etapas de calentamiento de la corriente de hidrocarburo gaseoso-vapor recuperando el calor de la corriente de gases de combustión seguido del reformado catalítico parcial de la corriente de hidrocarburo gaseoso-vapor. En algunas realizaciones, se llevan a cabo al menos 2 etapas de pre-reformado, tal como de 2 a 10, de 3 a 10, de 4 a 8 o de 5 a 7 etapas de pre-reformado, tal como 2
o más, 3 o más, 4 o más o 5 o más etapas de pre-reformado. En algunas realizaciones, se evitan las condiciones de carbonización en las etapas de pre-reformado modificando la temperatura de la corriente de hidrocarburo gaseosovapor y/o modificando la composición de la corriente de hidrocarburo gaseoso-vapor calentándola y reformándola parcialmente para evitar dichas condiciones. Además, en algunas realizaciones, las etapas de pre-reformado proporcionan una corriente del reformador a la primera etapa de reformado para evitar las condiciones de carburización catastrófica y carbonización.
El reformado de la corriente del reformador en una o más etapas del reformador para formar una corriente de gas de síntesis y una corriente de gases de combustión se puede llevar a cabo como se describe en otra parte en la presente memoria, incluyendo el control de la corriente de combustible calentada suministrada a las etapas individuales. Por ejemplo, en algunas realizaciones, el reformado se puede llevar a cabo en una o más etapas del reformador, comprendiendo cada etapa: i) calentar la corriente de reformador recuperando calor de una corriente de aire calentada para formar una corriente del reformador calentada y una corriente de aire enfriada, ii) reformar al menos una parte de la corriente del reformador calentada; y ii) la combustión de una parte de una corriente de combustible calentada en presencia de la corriente de aire enfriada para formar la corriente de aire calentada para la siguiente etapa. Preferiblemente, la corriente del reformador tiene una combinación de temperatura y composición que evita las condiciones de carbonización y carburización catastrófica a lo largo de las etapas del reformador.
En algunas realizaciones, un aparato para el reformado con vapor de un hidrocarburo gaseoso comprende:
a) un precalentador de combustible que produce la combustión parcial del combustible en una primera mezcla de combustible/aire para formar una corriente de combustible calentada, siendo combustionada la corriente de combustible calentada en un módulo reformador;
b) un precalentador de aire que combustiona una segunda corriente de combustible/aire en presencia de una corriente de aire para formar una corriente de aire calentada, suministrando calor la corriente de aire calentada al módulo reformador; y
c) un módulo reformador para formar una corriente de gas de síntesis a partir de una corriente del reformador.
Los precalentadores de combustible y aire pueden comprender cualquier cámara de combustión catalítica adecuada y pueden comprender un reactor catalítico separado o pueden comprender una sección modificada de tubería que se ha cargado con catalizador estructurado o no estructurado. En general, la combustión catalítica implica la oxidación catalítica de componentes del combustible en la corriente relevante para producir calor como resultado de la reacción de oxidación altamente exotérmica. La reacción de combustión se puede catalizar usando cualquier catalizador adecuado y/o puede incluir o comprender combustión no catalítica junto con una fuente de ignición o una fuente de llama para el arranque. En algunas realizaciones, el módulo reformador puede comprender una o más, tal como 2 o más, 3 o más, 4 o más, 5 o más, 6 o más, 7 o más, 8 o más, 9 o más o 10 o más etapas del prereformador. En algunas realizaciones, el módulo reformador puede comprender de 2 a 10, de 3 a 8 o de 4 a 7 etapas del pre-reformador. Después de las etapas del pre-reformador, el módulo reformador puede comprender 1-40 etapas del reformador, tal como de 2 a 35 etapas, de 3 a 30 etapas, de 5 a 25 etapas, de 8 a 20 etapas o de 10 a 15 etapas del reformador. Cada etapa del pre-reformador puede comprender al menos un intercambiador de calor y al menos un lecho de pre-reformado. Se puede usar cualquier intercambiador de calor y lecho de pre-reformado catalítico adecuados.
En algunas realizaciones, la una o más etapas de pre-reformador pueden comprender un PCR. El PCR puede estar configurado similar a un intercambiador de calor de circuito impreso (“PCHE”) como se conoce en la técnica, con cámaras o lechos catalíticos colocados de forma intermitente dentro de la trayectoria de flujo de la corriente de hidrocarburo gaseoso-vapor, de modo que la corriente puede alternativamente calentarse en un intercambiador de calor o intercambiar calor una parte y después reformarse catalíticamente parcialmente en una cámara o lecho catalítico en una serie de etapas de pre-reformado. En relación con esto, el PCR puede comprender una serie de placas que tiene uno o múltiples canales para el flujo de la corriente de hidrocarburo gaseoso-vapor y los gases de combustión próximos entre sí para intercambiar calor. Los canales para las corrientes individuales pueden estar
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grabados o formados de otra forma en placas separadas, que después se pueden apilar y unir por difusión o unir de otra forma en una configuración de intercambiador de calor, de modo que los canales se ponen próximos unos a otros y el calor es intercambiado a través de las paredes de los canales. El apilamiento puede incluir apilamiento de placas finales, placas de unión y configuraciones específicas de placas de hidrocarburo gaseoso-vapor y de gases de combustión según la transferencia de calor deseada. Los canales en cada placa pueden configurarse para uno o múltiples transferencias de calor de paso entre las corrientes, y cuando se forman en un PCR se pueden configurar para que operen en flujo paralelo, flujo cruzado o contraflujo. En algunas realizaciones, las placas para una de las corrientes se pueden configurar para múltiples pasos, mientras que las otras placas para la otra corriente se configuran para pasos individuales.
Cada una de las placas de hidrocarburo gaseoso-vapor y gases de combustión puede incluir múltiples penetraciones de cámaras o lechos catalíticos de pre-reformado, de modo que cuando las placas se apilan y unen en una configuración de intercambiador de calor, las placas forman múltiples zonas de intercambio de calor, donde el calor es intercambiado desde los canales de gases de combustión a los canales de corriente de hidrocarburo gaseosovapor, y múltiples zonas de reformado, donde la corriente de hidrocarburo gaseoso-vapor calentada es reformada catalíticamente de forma parcial. Las zonas de reformado se pueden formar por alineamiento de las penetraciones de cámaras o lechos catalíticos de pre-reformado cuando las placas se apilan para formar cámaras en las que se puede poner catalizador, sea soportado o no soportado.
En relación con esto, en algunas realizaciones, el PCR puede operar como sigue: la corriente de hidrocarburo gaseoso-vapor puede entrar en los canales de la placa de corriente de hidrocarburo gaseoso-vapor del PCR, donde puede ser calentada por la corriente caliente, que puede ser la corriente de gases de combustión de las etapas del reformador, que fluye en los canales de la placa de gases de combustión. Después de calentamiento, los canales de la placa de corriente de hidrocarburo gaseoso-vapor pueden dirigir la corriente de hidrocarburo gaseoso-vapor a una cámara o lecho de pre-reformado que contiene catalizador, en el que la corriente de hidrocarburo gaseoso-vapor se puede reformar catalíticamente de forma parcial. Después de ser reformada parcialmente, la corriente de hidrocarburo gaseoso-vapor puede avanzar a canales de la placa adicionales a lo largo de la placa, donde la corriente será recalentada por el flujo de los gases de combustión en los canales de la placa de gases de combustión. De esta forma, el reformado parcial puede incluir múltiples iteraciones del calentamiento y reformado parcial en una sola estructura que comprende placas finales, placas de unión, una o más placas de gases de combustión y placas de hidrocarburo gaseoso-vapor.
Después de las etapas del pre-reformador, el módulo del reformador puede comprender 1-40 etapas del reformador, tal como de 2 a 35 etapas, de 3 a 30 etapas, de 5 a 25 etapas, de 8 a 20 etapas o de 10 a 15 etapas de reformado catalítico. El módulo reformador se puede configurar de cualquier forma adecuada para convertir la corriente del reformador que sale de las etapas del pre-reformador en gas de síntesis. Dichos reformado puede incluir uno o más intercambiadores de calor que calientan la corriente del reformador recuperando calor de una corriente caliente, tal como una corriente de aire calentada. La corriente caliente puede proporcionar suficiente calor a la corriente del reformador para promover el reformado en uno o más lechos de reformado catalítico. Los lechos de reformado pueden reformar catalíticamente la corriente del reformador en una reacción endotérmica, enfriando de esta forma la corriente del reformador. Después, la corriente del reformador se puede recalentar por recuperación de calor de una corriente caliente, tal como una corriente de aire calentada y después se pueden dirigir a uno o más lechos del reformador adicionales. De esta forma, las etapas se pueden repetir a través de las etapas del reformador.
En algunas realizaciones, el módulo reformador puede comprender múltiples etapas, donde cada etapa incluye, i) un intercambiador de calor que calienta la corriente del reformador por recuperación de calor de una corriente de aire calentada para formar una corriente de aire enfriada; ii) un lecho de reformado que reforma la corriente del reformador calentada; y iii) una cámara de combustión que produce la combustión de una parte de la corriente de combustible calentada para recalentar la corriente de aire enfriada.
En algunas realizaciones, el aparato puede incluir una red de control de distribución del combustible que se configura para el control pasivo de la cantidad de corriente de combustible calentada, que se suministra a cada cámara de combustión en las etapas del reformador. Esta configuración se puede obtener diseñando el aparato y los componentes individuales del intercambio de calor y del reformador del aparato para equilibrar las caídas de presión en el aire y las corrientes de combustible a lo largo de todo el aparato para suministrar la cantidad adecuada de aire y combustible a cada cámara de combustión en las etapas del reformador. En algunas realizaciones, la red de control de la distribución de combustible se configura para suministrar una cantidad de corriente de combustible calentada a una o más de las cámaras de combustión de la segunda y posteriores etapas del reformador, que es menor que la cantidad de la corriente de combustible calentada suministrada a una o más de las etapas precedentes. En algunas realizaciones, la red de control de la distribución de combustible se configura para suministrar una cantidad de la corriente de combustible calentada a cada una de las cámaras de combustión de la segunda y posteriores etapas del reformador que es menos que la cantidad de corriente de combustible calentada suministrada a la etapa precedente.
Como con las etapas de pre-reformado, en algunas realizaciones, las etapas del reformador pueden comprender un PCR. En algunas realizaciones, el PCR que forma las etapas del reformador puede estar compuesto de placas finales, placas de unión, placas de flujo de aire, placas de flujo de combustible y placas de corriente del reformador.
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Cada una de las placas activas puede incluir canales de flujo para la corriente de alimentación relevante (aire, combustible o reformador), múltiples penetraciones de cámaras de combustión catalítica y múltiples penetraciones de lechos de reformado catalítico. Cuando se combinan en una pila y se unen por difusión o se unen de otra forma, las múltiples penetraciones de cámaras de combustión catalítica y múltiples penetraciones de lechos de reformado catalítico de cada placa se pueden alinear con las correspondientes penetraciones de las otras placas en la pila para formar múltiples cámaras de combustión catalítica y múltiples lechos de reformado catalítico.
En algunas realizaciones, dicho reactor de circuito impreso puede operar como sigue. Una corriente de aire calentada fluye a través de los canales de flujo de las placas de flujo de aire e intercambia calor con la corriente del reformador que fluye por los canales de flujo de la placa del reformador para calentar la corriente del reformador y enfriar la corriente de aire. Después, la corriente del reformador entra en el primer lecho de reformado catalítico, donde es reformada catalíticamente en una reacción endotérmica, enfriando la corriente del reformador y convirtiendo una parte de la corriente en gas de síntesis. La corriente de aire enfriada avanza a la primera cámara de combustión catalítica donde se une con una parte de la corriente de combustible calentada, la cual se combustiona catalíticamente para recalentar la corriente de aire. La corriente de aire recalentada intercambia entonces el calor con la corriente del reformador enfriada y el procedimiento se puede repetir a través de múltiples etapas. En algunas realizaciones, la parte de la corriente de combustible calentada se suministra en paralelo a cada una de las cámaras de combustión. En algunas realizaciones, a cada cámara de combustión se suministra la misma cantidad de combustible desde la corriente de combustible calentada. Preferiblemente, la cantidad de corriente de combustible suministrada a cada una de las cámaras de combustión después de la primera cámara de combustión se reduce con respecto a la cámara de combustión precedente. Preferiblemente, el suministro de la corriente de combustible calentada se controla de forma pasiva. Finalmente, las corrientes que salen del módulo reformador comprenden una corriente de gas de síntesis formada a partir de la corriente del reformador y una corriente de gases de combustión que comprende la corriente de aire, cualesquiera componentes de combustible residuales y los componentes de combustión del combustible.
En algunas realizaciones, los aparatos para el reformado con vapor de un hidrocarburo gaseoso pueden incluir además al menos un intercambiador de calor que recupera el calor de la corriente de gas de síntesis después de salir del módulo reformador. En algunas realizaciones, el aparato comprende al menos dos intercambiadores de calor para recuperar calor de una parte de la corriente de gas de síntesis. En algunas realizaciones, al menos uno de los intercambiadores de calor es un intercambiador de calor de temple. El intercambiador de calor de temple puede comprender un intercambiador de calor que está sumergido en agua. Una parte del gas de síntesis caliente puede entrar en el intercambiador de calor de temple a una temperatura de/o superior a las temperaturas de carburización catastrófica y puede ser templado a una temperatura inferior a las condiciones de carburización catastrófica. Debido a que el intercambiador de calor está sumergido en agua, el intercambiador de calor nunca ve las condiciones de carburización catastrófica porque la temperatura del agua permanecerá esencialmente constante cuando hierve y como resultado del alto coeficiente de transferencia de calor del agua hirviendo, el metal del intercambiador de calor sumergido permanecerá esencialmente a la temperatura de ebullición del agua. El vapor producido por el templado de la corriente de gas de síntesis de esta forma se puede combinar con la corriente de hidrocarburo gaseoso antes de entrar en el módulo reformador. Aunque el intercambiador de temple evita las condiciones de carburización catastrófica, una parte de las tuberías del gas de síntesis adyacentes a la entrada del intercambiador de temple pueden experimentar condiciones de carburización catastrófica, y por lo tanto, esta parte del aparato preferiblemente se construye con materiales resistentes a la carburización catastrófica o con materiales revestidos con un revestimiento resistente a la carburización catastrófica y/o se configura para la reparación y/o eliminación y sustitución fácil.
El intercambiador de calor sumergido preferiblemente es un PCHE que se basa en un efecto de termosifón para intercambiar calor desde la corriente de gas de síntesis al agua, circulando agua a través del intercambiador como resultado de las diferencias de densidad entre el agua hirviendo y el agua en una sola fase. El PCHE puede comprender una o más placas de gas de síntesis y una o más placas de agua, que juntas pueden ser las placas “activas” dentro del intercambiador. Las placas de gas de síntesis pueden tener múltiples canales de flujo grabados
o proporcionados en las mismas de otra forma, por los cuales fluye el gas de síntesis. Las placas de agua pueden tener múltiples canales de flujo grabados o proporcionados en las mismas de otra forma, por los cuales fluye el agua/vapor de agua. Las placas de agua y gas de síntesis, junto con placas de unión y/o placas finales se pueden apilar en una configuración de intercambiador de calor. En esta configuración, el PCHE puede comprender una serie de placas apiladas y unidas por difusión o unidas de otra forma, que tienen múltiples canales para el flujo de las corrientes del gas de síntesis y agua próximos entre sí, para intercambiar calor desde las corrientes de gas de síntesis a las corrientes de agua. El PCHE se puede formar por apilamiento de placas finales, placas de unión y configuraciones específicas de las placas de corriente de gas de síntesis y agua según la transferencia de calor deseada. Los canales en cada placa pueden estar configurados para la transferencia de calor de uno o múltiples pasos entre las corrientes, y cuando están formadas en un intercambiador de calor se pueden configurar para que operen en flujo paralelo, flujo cruzado o contraflujo. Preferiblemente, el intercambiador de calor formado a partir de las placas se configura en flujo paralelo para evitar el desecado en los pasajes en el lado del agua del intercambiador. En algunas realizaciones, las placas para una de las corrientes se puede configurar para múltiples pasos, mientras que las placas para la otra se configuran para pasos únicos.
El nivel de agua en el intercambiador de temple se puede controlar usando cualquier método adecuado, tales como
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los medios de control de nivel de agua conocidos para controlar niveles de agua de la caldera. El intercambiador de calor sumergido puede estar parcial o completamente sumergido, con la condición de que haya suficiente agua presente para asegurar que se evitan las condiciones de carburización catastrófica en el intercambiador de calor. En algunas realizaciones, el intercambiador de temple genera la masa de vapor para la combinación con la corriente del hidrocarburo gaseoso.
En algunas realizaciones, al menos uno de los intercambiadores de calor que recupera calor de la corriente de gas de síntesis comprende un intercambiador de calor de recuperación de calor del gas de síntesis. En algunas realizaciones, el intercambiador de calor de recuperación de calor del gas de síntesis intercambia calor desde la corriente de gas de síntesis a al menos una corriente seleccionada de: una o más corrientes de aire, una o más corrientes de combustible, una o más corrientes de agua y una o más corrientes de hidrocarburo gaseoso. En algunas realizaciones, el intercambiador de calor de recuperación de calor del gas de síntesis comprende un intercambiador de calor de múltiples corrientes. El intercambiador de calor de recuperación de calor del gas de síntesis puede comprender un intercambiador de calor de múltiples corrientes que es un PCHE de múltiples corrientes. El PCHE de múltiples corrientes puede comprender una o más placas de gas de síntesis y una o más placas de alimentación de reaccionantes, que juntas pueden ser las placas activas dentro del intercambiador. Las placas de gas de síntesis pueden tener múltiples canales de flujo grabados o proporcionados de otra forma en las mismas a través de los cuales fluye el gas de síntesis. Las placas de alimentación de reaccionante pueden tener múltiples canales de flujo grabados o proporcionados de otra forma en las mismas a través de los cuales fluyen las diferentes alimentaciones de reaccionantes. Por ejemplo, en algunas realizaciones, las placas de alimentación de reaccionante pueden tener uno o más conjuntos de canales de flujo para una o más corrientes de aire, uno o más conjuntos de canales de flujo para una o más corrientes de combustible, uno o más conjuntos de canales de flujo para una o más corrientes de hidrocarburo gaseoso y/o uno o más conjuntos de canales de flujo para una o más corrientes de agua. Las placas de alimentación de reaccionante y de gas de síntesis, junto con las placas de unión y/o placas finales pueden estar apiladas en una configuración de intercambiador de calor. En esta configuración, el PCHE puede comprender una serie de placas apiladas y unidas por difusión o unidas de otra forma que tienen múltiples canales para el flujo de las corrientes de gas de síntesis y alimentación de reaccionantes próximas entre sí, para intercambiar calor desde las corrientes de gas de síntesis a las corrientes de alimentación de reaccionantes. El apilamiento puede incluir el apilamiento de las placas finales, placas de unión y configuraciones específicas de placas de corrientes de gas de síntesis y alimentación de reaccionantes de acuerdo con la transferencia de calor deseada. Los canales en cada placa se pueden configurar para la transferencia de calor de uno o múltiples pasos entre las corrientes, y cuando están formadas en un intercambiador de calor se pueden configurar para que operen en flujo paralelo, flujo cruzado o contraflujo. Preferiblemente, el intercambiador de calor de recuperación de calor del gas de síntesis opera en contraflujo o en un procedimiento de contraflujo de flujo cruzado de múltiples pasos, para maximizar la recuperación de calor de la corriente de gas de síntesis. En algunas realizaciones, las placas para una
o algunas de las corrientes se puede configurar para múltiples pasos, mientras que las placas para la otra o algunas de las otras corrientes se configuran para un solo paso.
En algunas realizaciones, al menos un intercambiador de calor que recupera calor de la corriente de gas de síntesis comprende un intercambiador de calor de temple y un intercambiador de calor de recuperación de calor del gas de síntesis.
En algunas realizaciones, el aparato comprende al menos un intercambiador de calor que recupera calor en una corriente de agua desde la corriente de gases de combustión después de que la corriente de gases de combustión salga del módulo reformador. En algunas realizaciones, dicho intercambiador de calor comprende un PCHE como se describe en otra parte en la presente memoria, donde las placas activas del PCHE son una o más placas de gases de combustión y una o más placas de agua. En algunas realizaciones, tal como en realizaciones donde el módulo reformador se hace trabajar en un modo de temperatura de reformado reducida o en un modo de reformado de presión más alta, la corriente de gases de combustión se puede precalentar antes de entrar en el PCHE para el intercambio de calor con la corriente de agua. Dicho precalentamiento puede incluir la combustión catalítica de una parte de al menos una corriente de combustible o una parte de al menos una corriente de hidrocarburo gaseoso en presencia de la corriente de gases de combustión. La combustión catalítica se puede llevar a cabo en un precalentador de gases de combustión que se puede configurar sustancialmente igual que el precalentador de aire descrito previamente. El precalentador de gases de combustión se puede usar para calentar los gases de combustión para proporcionar mayor calor a la corriente de agua, aumentando de esta forma la relación de vapor a carbono que finalmente es alimentada al módulo reformador y promocionando un equilibrio más favorable para la reacción de reformado para una presión y temperatura dadas, haciendo que el precalentador de gases de combustión sea una opción atractiva para los módulos reformadores de temperatura más baja o presión más alta.
En algunas realizaciones, en especial realizaciones donde se desea una alta concentración de hidrógeno en la corriente de gas de síntesis, el aparato puede incluir un reactor de intercambio de agua-gas. El reactor de intercambio de agua-gas puede promocionar la producción catalítica de hidrógeno según la ecuación (6).
El reactor de intercambio de agua-gas preferiblemente recibe la corriente de gas de síntesis a una temperatura suficientemente inferior a las temperaturas de carburización catastrófica, de modo que la temperatura de equilibrio de salida del reactor también es inferior a las temperaturas de carburización catastrófica. En algunas realizaciones, se pueden usar múltiples reactores de intercambio agua-gas en serie para aumentar más el contenido de hidrógeno
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de la corriente de gas de síntesis. El reactor de intercambio de agua-gas puede ser similar a una cámara de combustión catalítica y puede comprender un reactor catalítico separado o puede comprender una sección modificada de una tubería que se ha cargado con un catalizador estructurado o no estructurado, y que preferiblemente puede incluir un catalizador de metal precioso adecuado.
En algunas realizaciones, el aparato se configura para evitar o reducir las condiciones de carburización catastrófica y condiciones de carbonización en todos los intercambiadores de calor, etapas de pre-reformado, etapas de reformado y reactores de intercambio de agua-gas dentro del aparato.
En algunas realizaciones, el aparato para el reformado con vapor de un hidrocarburo gaseoso comprende:
a) un intercambiador de calor de recuperación de calor del gas de síntesis que recupera el calor desde una corriente de gas de síntesis a al menos una corriente de aire;
b) un divisor de flujo de aire que divide la corriente de aire en una primera corriente de aire y una segunda corriente de aire, conectando la primera corriente de aire con una corriente de combustible para formar una mezcla de combustible/aire;
c) un divisor de flujo de combustible que divide la mezcla de combustible/aire a una primera corriente de combustible/aire y una segunda corriente de combustible/aire, conectando la primera corriente de combustible/aire con un precalentador de combustible y conectando la segunda corriente de combustible/aire con un precalentador de aire;
d) un precalentador de combustible que combustiona parcialmente el combustible en la primera corriente de combustible/aire para formar una corriente de combustible calentada;
e) un precalentador de aire que combustiona la segunda corriente de combustible/aire en presencia de una segunda corriente de aire para formar una corriente de aire calentada;
f) un pre-reformador que reforma parcialmente una corriente de hidrocarburo gaseoso calentada en presencia de vapor para formar una corriente de reformador;
g) un reformador que reforma la corriente de reformador para formar una corriente de gas de síntesis;
h) un intercambiador de temple que recupera calor de la corriente de gas de síntesis para formar o ayudar a la formación de vapor a partir de la corriente de agua para el pre-reformador.
Ahora se describirán algunas realizaciones del aparato con referencia a las figuras. Debe entenderse que los aparatos detallados son solo ejemplos y que se pueden hacer diferentes modificaciones y cambios a los aparatos sin salirse del alcance de los procedimientos y aparatos definidos en la presente memoria como entienden los expertos en la técnica. Los ejemplos de dichos cambios pueden incluir, pero no se limitan al tipo y número de corrientes de reaccionantes, el tipo y número de cada uno de los intercambiadores de calor y cámaras de combustión/precalentadores, el tipo, número y configuraciones de las etapas de pre-reformado y reformado, los materiales de construcción, las configuraciones y tamaños del intercambiador de calor y tuberías, la disposición y tipo de válvulas, las temperaturas y presiones en las corrientes, los caudales y las composiciones de las diferentes corrientes, el tipo y número de reactores de intercambio de agua-gas si los hay, y los tipos y composiciones de catalizadores.
En relación con la figura 1A, en algunas realizaciones, el sistema o aparato de reformado con vapor de hidrocarburos gaseosos 100 puede incluir al menos 4 corrientes de alimentación de reaccionantes: una corriente de alimentación de hidrocarburo gaseoso 102, una corriente de alimentación de combustible 104, una corriente de alimentación de aire 106 y una corriente de alimentación de agua 108. La corriente de alimentación de hidrocarburo gaseoso 102 puede alimentar cualquier corriente de hidrocarburo gaseoso adecuado para el reformado con vapor, incluyendo gas natural, metano, propano, otros hidrocarburos gaseosos, mezclas de hidrocarburos gaseosos, gases de combustión de refinería u otros y mezclas o combinaciones de los mismos en el sistema 100. Preferiblemente, la corriente de alimentación de hidrocarburo gaseoso 102 tiene suficientemente pocas impurezas (tales como azufre) para proporcionar una vida aceptable del catalizador de reformado y/o intercambio de agua-gas. En algunas realizaciones, la corriente de alimentación de hidrocarburo gaseoso 102 es gas natural o metano. La corriente de alimentación de hidrocarburo gaseoso 102 puede entrar en el sistema de reformado 100 a cualquier temperatura y presión adecuadas para el sistema. Preferiblemente, la presión es igual a o superior a la presión de la corriente de gas de síntesis 180 que sale del módulo reformador 150. En algunas realizaciones, la corriente de alimentación de hidrocarburo gaseoso 102 entra en el sistema 100 a una presión entre 10 bara y 100 bara, tal como entre 10 bara y 90 bara, entre 10 bara y 75 bara, entre 10 bara y 60 bara, entre 10 bara y 50 bara, entre 10 bara y 40 bara, entre 10 bara y 30 bara, entre 10 bara y 20 bara, entre 10 bara y 18 bara, entre 11 bara y 17 bara, entre 12 bara y 16 bara, entre 13 bara y 15 bara o entre 13,5 bara y 14,5 bara. En algunas realizaciones, la corriente de alimentación de hidrocarburo gaseoso 102 entra en el sistema 100 a cualquier temperatura adecuada, tal como la temperatura de suministro o a temperatura ambiente, pero preferiblemente por encima de la temperatura del punto de rocío de la corriente. En algunas realizaciones, la corriente de alimentación de hidrocarburo gaseoso 102 entra en el sistema 100 a una temperatura entre aproximadamente -40ºC y 250ºC, tal como entre -25 y 200ºC, entre -10 y 150ºC, entre
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-10ºC y 100ºC, entre 0 y 90ºC, entre 0ºC y 75ºC, entre 5ºC y 65ºC, entre 10ºC y 50ºC, entre 15ºC y 40ºC, entre 15ºC y 35ºC, entre 20ºC y 30ºC o entre 20ºC y 25ºC.
La corriente de alimentación de combustible 104 puede ser cualquier corriente de alimentación de combustible adecuada para los procedimientos de reformado con vapor, tal como corrientes de gas residual o de cola de un procedimiento de adsorción por cambio de presión (PSA), de un procedimiento de producción de metanol o de un procedimiento de producción de amoniaco, y puede incluir o estar enriquecido con otros componentes de combustible tales como una corriente de hidrocarburo gaseoso, o corrientes tales como corrientes de gas natural, corrientes de metano, corrientes de propano, mezclas de hidrocarburos gaseosos, gases de combustión de refinería y otros, y mezclas y combinaciones de los mismos. En algunas realizaciones, se puede proporcionar una parte de la corriente de alimentación de hidrocarburo gaseoso 102 u otra corriente de hidrocarburo gaseoso al menos como una parte de la corriente de alimentación de combustible 104. En algunas realizaciones, la corriente de alimentación de combustible 104 puede incluir hidrocarburos gaseosos y/o hidrógeno de la corriente de gas de síntesis 192 después del procesamiento corriente abajo. La corriente de alimentación de combustible 104 puede entrar en el sistema de reformado 100 a cualquier temperatura y presión adecuadas para el sistema. En algunas realizaciones, tales como realizaciones donde la corriente de alimentación de combustible 104 comprende una corriente de gas residual o de cola de PSA, la corriente de alimentación de combustible 104 entra en el sistema 100 a una presión menor que 10 barg, tal como menor que 8 barg, menor que 5 barg, menor que 2,5 barg, menor que 1 barg, menor que 0,75 barg, menor que 0,5 barg, menor que 0,4 barg, menor que 0,3 barg, menor que 0,2 barg, menor que 0,15 barg, menor que 0,10 barg o menor que 0,075 barg. En algunas realizaciones, tal como cuando la corriente de alimentación de combustible 104 comprende una purga de síntesis de metanol, la corriente de alimentación de combustible 104 puede entrar en el sistema a una presión que es sustancialmente mayor, en cuyo caso, la presión se puede reducir gradualmente usando cualquier medio adecuado para reducir gradualmente las presiones de las corrientes gaseosas. En algunas realizaciones, la corriente de alimentación de combustible 104 entre en el sistema 100 a cualquier temperatura adecuada, tal como la temperatura de suministro o a temperatura ambiente, pero preferiblemente por encima del punto de rocío de la corriente. En algunas realizaciones, la corriente de alimentación de combustible 104 entre en el sistema 100 a una temperatura entre -40ºC y 350ºC, tal como entre -30ºC y 300ºC, entre -20ºC y 250ºC, entre -10ºC y 200ºC, entre -5ºC y 150ºC, entre 0ºC y 100ºC, entre 0ºC y 50ºC, entre 5ºC y 40ºC, entre 10ºC y 35ºC, entre 15ºC y 30ºC o entre 20ºC y 25ºC.
La corriente de alimentación de aire 106 puede ser cualquier corriente de alimentación de aire adecuada, tal como una corriente de alimentación de aire forzado o una corriente de alimentación de aire comprimido, que proporciona suficiente oxígeno para los procedimientos de combustión dentro del sistema de reformado 100. En algunas realizaciones, la corriente de alimentación de aire puede estar enriquecida con oxígeno adicional o se puede purificar para eliminar o limitar la presencia de uno o más componentes en partículas o gaseosos o contaminantes. En algunas realizaciones, la corriente de alimentación de aire 106 entra en el sistema 100 a una presión menor que 1 barg, tal como menor que 0,75 barg, menor que 0,50 barg, menor que 0,40 barg, menor que 0,30 barg, menor que 0,20 barg, menor que 0,15 barg, menor que 0,10 barg o menor que 0,075 barg. En algunas realizaciones, la corriente de alimentación de aire 106 entra en el sistema 100 a cualquier temperatura adecuada, tal como la temperatura de suministro o a temperatura ambiente, pero preferiblemente por encima de la temperatura del punto de rocío de la corriente. En algunas realizaciones, la corriente de alimentación de aire 106 entra en el sistema 100 a una temperatura entre -40ºC y 350ºC, tal como entre -30ºC y 300ºC, entre -20ºC y 250ºC, entre -10ºC y 200ºC, entre -5ºC y 150ºC, entre 0ºC y 100ºC, entre 0ºC y 50ºC, entre 5ºC y 40ºC, entre 10ºC y 35ºC, entre 15ºC y 30ºC o entre 20ºC y 25ºC.
La corriente de alimentación de agua 108 puede ser cualquier corriente de alimentación de agua adecuada y puede ser una corriente de agua no tratada, tratada, purificada o acondicionada. Preferiblemente, el agua se ha tratado para que cumpla al menos los estándares de agua de alimentación para calderas adecuados para las temperaturas y presiones de operación para evitar la formación de incrustaciones dentro de los intercambiadores de calor y/o los requisitos de purga excesiva. En algunas realizaciones, la corriente de alimentación de agua 108, se puede haber calentado por encima de la temperatura ambiente en un calentador o caldera de agua antes de entrar en el procedimiento. En algunas realizaciones, la corriente de alimentación de agua 108 puede comprender vapor producido fuera del procedimiento, en cuyo caso, se puede mezclar directamente con la corriente de hidrocarburo gaseosos 102 justo antes de entrar en el módulo reformador 150, en cuyo caso la configuración de intercambio de calor para la figura 1A se puede cambiar. Preferiblemente, todo el vapor necesario se genera dentro del procedimiento a partir de la corriente de agua 108 sin exportación de vapor del procedimiento o importación al procedimiento. En algunas realizaciones, la corriente de alimentación de agua 108 entra en el sistema 100 a cualquier presión adecuada superior a la presión de la corriente de gas de síntesis 180 que sale del módulo reformador, tal como entre 10 bara y 100 bara, tal como entre 10 bara y 90 bara, entre 10 bara y 75 bara, entre 10 bara y 60 bara, entre 10 bara y 50 bara, entre 10 bara y 40 bara, entre 10 bara y 30 bara, entre 10 bara y 20 bara, entre 10 bara y 18 bara, entre 11 bara y 17 bara, entre 12 bara y 16 bara, entre 13 bara y 15 bara o entre 13,5 bara y 14,5 bara. En algunas realizaciones, la corriente de alimentación de agua 108 entra en el sistema 100 a cualquier temperatura adecuada, tal como la temperatura de suministro o a temperatura ambiente. En algunas realizaciones, la corriente de alimentación de agua 108 entra en el sistema 100 a una temperatura justo por encima de la temperatura de congelación y por debajo de la de ebullición, tal como entre 0,1ºC y 350°C, entre 2,5ºC y 250ºC, entre 5ºC y 150ºC, entre 10ºC y 125ºC, entre 15ºC y 100ºC, entre 15ºC y 75ºC, entre 15ºC y 50ºC, entre 15ºC y
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40ºC, entre 15ºC y 35ºC, entre 20ºC y 30ºC o entre 20ºC y 25ºC. La corriente de alimentación de agua 108 se puede precalentar en el intercambiador de calor 109 que puede estar separado o puede ser parte del intercambiador de calor de recuperación de calor del gas de síntesis 110. En algunas realizaciones, el intercambiador de calor 109 se combina con el intercambiador de calor de recuperación de calor del gas de síntesis 110 en un solo PCHE.
Una o más de las corrientes de alimentación de reaccionantes, tal como de las corriente de alimentación de reaccionante de 2 a 10, de 3 a 9 o de 4 a 6, o las corriente de alimentación de reaccionantes 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 o 10, se pueden precalentar en uno o más intercambiadores de calor de recuperación de calor del gas de síntesis 110. En algunas realizaciones, al menos una corriente de alimentación de aire, tal como la corriente de alimentación de aire 106 o la corriente de alimentación de aire 107, se precalienta en el intercambiador 110. En otras realizaciones y como se muestra, el intercambiador 110 puede ser un intercambiador de calor de múltiples corrientes donde se precalienta más de una corriente de alimentación de reaccionante.
En algunas realizaciones, incluyendo la realización mostrada en la figura 1A, la corriente de alimentación de combustible 104 opcionalmente se puede dividir mediante un divisor de corriente de combustible 113 en la corriente de alimentación de combustible 105 y la corriente de combustible de gases de combustión 112, antes de entrar en el intercambiador de calor de recuperación de calor del gas de síntesis 110. Tanto la corriente 105 como la 112, después se pueden calentar en el intercambiador de calor de recuperación de calor del gas de síntesis 110. Alternativamente, la corriente de alimentación de combustible 104 se puede dividir después de salir del intercambiador 110, pero preferiblemente antes de combinar con la corriente de aire de combustión 114. La corriente de alimentación de combustible 104 se puede dividir usando cualquier medio adecuado de división de flujo, sea antes o después del intercambiador de calor de recuperación de calor del gas de síntesis 110, tal como una conexión de tuberías en “T” o “Y”, y se puede dividir para desviar suficiente combustible desde la corriente de alimentación de combustible 104 por la corriente de combustible de gases de combustión 112, para la combustión en presencia de la corriente de gases de combustión 160 para proporcionar calor adicional a la corriente de alimentación de agua 108. El divisor de corriente de combustible 113 puede ser una unión de tuberías o cualquier otro mecanismo de división de flujo adecuado, puede incluir una válvula 113a como se muestra, u otro dispositivo de división adecuado para controlar el flujo del combustible, se puede dividir y controlar el flujo usando medios pasivos que mantienen la relación de combustible/aire corriente abajo deseada para alimentar al precalentador de combustible 120, precalentador de aire 122, y precalentador de gases de combustión 175 a lo largo de un intervalo amplio de magnitudes de flujo. Dichos medios pasivos pueden incluir el control de la geometría de la trayectoria del flujo basado en las caídas de presión y un intervalo del número de Reynolds deseado dentro de las trayectorias de flujo relevantes.
Igualmente, en algunas realizaciones, incluyendo las realizaciones mostradas en la figura 1A, la corriente de alimentación de aire 106 se puede dividir en la corriente de alimentación de aire 107 y la corriente de aire de combustión 114, antes de entrar en el intercambiador de calor de recuperación de calor del gas de síntesis 110 por el divisor de flujo de aire 115. Tanto la corriente 107 como la 114 después se pueden calentar en el intercambiador de calor de recuperación de calor del gas de síntesis 110. En algunas realizaciones, el intercambiador 110 se configura de modo que la corriente de aire de combustión 114 se combina con la corriente de alimentación de combustible 105 en el intercambiador 110, para formar la corriente de mezcla de combustible/aire 118 antes de salir del intercambiador. Alternativamente, la corriente de alimentación de aire 106 se puede dividir después de salir del intercambiador 110. El divisor de flujo de aire 115 puede ser cualquier medio adecuado de división del flujo de la corriente de alimentación de aire 106, sea antes o después del intercambiador de calor de recuperación de calor del gas de síntesis 110, tal como una conexión de tuberías en “T” o “Y”, siempre que la corriente de aire de combustión 114 conecte con la corriente de alimentación de combustible 105 antes del divisor de flujo de combustible/aire 116. El divisor de flujo de aire 115 desvía suficiente aire de la corriente de alimentación de aire 106 por la corriente de aire de combustión 114 a la corriente de alimentación de combustible 105, preferiblemente antes del divisor de flujo de combustible/aire 116 para formar una corriente de mezcla de combustible/aire 118 con suficiente aire para la combustión parcial del combustible de la corriente de alimentación de combustible 105 en el precalentador de combustible 120. El divisor de flujo de aire 115 puede ser una unión de tuberías o cualquier otro mecanismo de división de flujo adecuado, puede incluir una válvula 115a como se muestra, u otro dispositivo de división y control adecuado, o el flujo de aire se puede dividir y controlar el flujo usando medios pasivos que mantienen la relación deseada de combustible/aire corriente abajo para alimentar al precalentador de combustible 120 y precalentador de aire 122, a lo largo de un intervalo amplio de magnitudes de flujo. Dichos medios pasivos pueden incluir el control de la geometría de la trayectoria del flujo basado en las caídas de presión y un intervalo del número de Reynolds deseado dentro de las trayectorias de flujo relevantes.
El intercambiador de calor de recuperación de calor del gas de síntesis 110 puede ser cualquier intercambiador de calor adecuado y puede intercambiar calor entre las corriente calientes y frías que entran usando intercambio de calor de flujo paralelo, contraflujo o flujo cruzado. Preferiblemente, el intercambiador de calor de recuperación de calor del gas de síntesis es un PCHE e intercambia calor usando intercambio de calor en contraflujo o un procedimiento de intercambio de calor en contraflujo usando intercambio de flujo cruzado de múltiples pasos en una dirección de contraflujo general. En algunas realizaciones, el intercambiador de calor de recuperación de calor del gas de síntesis recupera calor de la corriente de gas de síntesis antes de salir del sistema reformador 100 para el procesamiento adicional, tal como por ejemplo, en un sistema de adsorción por cambio de presión, un sistema de separación de membrana, un sistema de producción de metanol o en un sistema de producción de amoniaco. El
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intercambiador de calor de recuperación de calor del gas de síntesis 110 puede recuperar calor de la corriente del gas de síntesis 190 para precalentar una o más corrientes de alimentación de reaccionante, incluyendo una o más corrientes de hidrocarburo gaseoso, o una o más corrientes de combustible, una o más corrientes de aire y/o una o más corrientes de agua. Con el fin de evitar o reducir la carburización catastrófica, la corriente de gas de síntesis 190 preferiblemente entra en el intercambiador de calor 110 a una temperatura que está por debajo de la temperatura de carburización catastrófica. Preferiblemente, la corriente de gas de síntesis 190 sale del intercambiador de calor 110 a una temperatura y presión adecuados para cualquier procesamiento adicional corriente abajo.
En algunas realizaciones, el intercambiador de calor de recuperación de calor del gas de síntesis 110 puede comprender un PCHE que se construye a partir de una serie de placas como se muestran en las figuras 2A-C. Las placas se pueden combinar en una pila y unir entre sí por difusión o de otra forma para proporcionar intercambio de calor entre las corrientes calientes y frías que entran. En general, las trayectorias del flujo para cada una de las corrientes se pueden formar en placas por grabado, molienda u otro procedimiento adecuado y se pueden configurar para proporcionar el intercambio de calor deseado, mientras que se limita la caída de presión para una o más corriente a través del intercambiador de calor. Preferiblemente, la corriente de gas de síntesis 190 que entra está por debajo de las temperaturas de carburización catastrófica asegurando de esta forma que se evitan las condiciones de carburización catastrófica dentro del intercambiador de calor de recuperación de calor del gas de síntesis 110.
En relación con las figuras 2A-C, en algunas realizaciones, el intercambiador de calor de recuperación de calor del gas de síntesis 110, puede comprender una o más placas de unión 210, una o más placas de gas de síntesis 230 y una o más placas de alimentación de reaccionante 260. En la realización mostrada en las figuras 2A-C, las placas junto con placas finales (no se muestran), cuando están adecuadamente apiladas y en forma de un intercambiador de calor, formarán un intercambiador de calor de recuperación de calor del gas de síntesis 110 que incluye el intercambiador de calor 109. Cada una de las placas puede estar construida de materiales adecuados para el propósito y las condiciones presentes en el intercambiador 110. Los ejemplos de materiales adecuados para construir las placas 210, 230 y 260 incluyen acero inoxidable 316 y acero inoxidable 304, y las placas pueden tener independientemente los grosores descritos en la tabla 1. En algunas realizaciones, las placas pueden ser cada una de 1,6 mm de grosor.
La figura 2A muestra una placa de unión 210 que tiene una trayectoria de flujo de gas de síntesis 211 que comprende al menos un canal de flujo 212 que conecta entradas de gas de síntesis 213 con salidas de gas de síntesis 214. Las placas de unión 210 aseguran que todas las placas de alimentación de reaccionante 260 tengan placas de corriente caliente en ambos lados, sea una placa de unión 210 o una placa de gas de síntesis 230 y sirven de ayuda para equilibrar la carga de calor y el flujo de calor a través de la altura de la pila. La placa de unión 210 puede tener uno o más canales de flujo independientes 212, que con surcos adyacentes pueden tener el tamaño para proporcionar contención segura de la presión y una combinación eficaz de coste de la capacidad de transferencia de calor y caída de presión. En algunas realizaciones, los canales de flujo independientes 212 pueden comprender cada uno un corte transversal en general semicircular y pueden tener las dimensiones descritas en la tabla 1. En algunas realizaciones, los canales de flujo independientes 212 pueden tener cada uno un corte transversal semicircular con una anchura de aproximadamente 1,95 mm, una profundidad de aproximadamente 1,10 mm y surcos de aproximadamente 0,4 mm. Aunque se muestra un número específico de canales de flujo independientes 212, debe entenderse que la trayectoria del flujo de gas de síntesis 211 puede comprender cualquier número adecuado de canales de flujo independientes configurados de forma adecuada según las necesidades del sistema.
Aunque la figura 2A muestra la trayectoria del flujo de gas de síntesis 211 como una trayectoria de flujo de múltiples pasos, la trayectoria de flujo 211 puede comprender también una trayectoria de flujo directa en contraflujo, flujo paralelo o de un solo paso, que comprende múltiples canales independientes. En algunas realizaciones, la trayectoria del flujo de gas de síntesis 211 puede comprender más de un paso, comprendiendo cada paso una sola inversión en la dirección del flujo, tal como de 2 a 100 pasos, de 5 a 75 pasos, de 10 a 60 pasos, de 15 a 50 pasos o de 20 a 40 pasos. Preferiblemente, la trayectoria del flujo de gas de síntesis 211 comprende una trayectoria de flujo de múltiples bucles que tiene 5 pasos o más, 10 pasos o más, 15 pasos o más, 20 pasos o más, 25 pasos o más o 30 pasos o más, donde los pasos son en flujo cruzado durante el intercambio de calor y donde el gas de síntesis fluye en una dirección en general en contraflujo con respecto a los flujos en la placa de alimentación de reaccionante
260.
La placa de unión 210 también incluye penetraciones de corriente de alimentación de aire 215 y 216, penetración de corriente de aire de combustión 217, penetración de corriente de alimentación de combustible 218, penetración de corriente de mezcla de combustible/aire 227, penetraciones de corriente de combustible de gases de combustión 219 y 220, penetraciones de corriente de alimentación de hidrocarburo gaseoso 221 y 222, penetraciones de corriente de gas de síntesis 223 y 224 y penetraciones de corriente de agua 225 y 226.
En relación con la figura 2B, la placa de gas de síntesis 230 incluye entradas de gas de síntesis 213, salidas de gas de síntesis 232 y trayectoria del flujo de gas de síntesis 233. La trayectoria del flujo de gas de síntesis 233 puede comprender uno o múltiples canales de flujo independientes de gas de síntesis 234. Los canales 234 y surcos adyacentes pueden tener el tamaño para proporcionar la contención segura de la presión y una combinación barata
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de capacidad de transferencia de calor y caída de presión. En algunas realizaciones, los canales de flujo independientes de gas de síntesis 234 pueden comprender cada uno un corte transversal semicircular en general y pueden tener las dimensiones descritas en la tabla 1. En algunas realizaciones, los canales de flujo independientes 234 pueden tener cada uno un corte transversal semicircular con una anchura de aproximadamente 1,95 mm, una profundidad de aproximadamente 1,10 mm y surcos de aproximadamente 0,4 mm. Aunque se muestra un número específico de canales de flujo independientes 234, debe entenderse que la trayectoria del flujo de gas de síntesis 233 puede comprender cualquier número adecuado de canales de flujo independientes configurados de forma adecuada según las necesidades del sistema.
Aunque a figura 2B muestra la trayectoria del flujo de gas de síntesis 233 como una trayectoria de flujo de múltiples pasos, la trayectoria de flujo 233 puede comprender también una trayectoria de flujo directa en contraflujo, flujo paralelo, flujo cruzado o de un solo paso, que comprende múltiples canales independientes. En algunas realizaciones, la trayectoria del flujo de gas de síntesis 233 puede comprender más de un paso, comprendiendo cada paso una sola inversión en la dirección del flujo, tal como de 2 a 100 pasos, de 5 a 75 pasos, de 10 a 60 pasos, de 15 a 50 pasos o de 20 a 40 pasos. Preferiblemente, la trayectoria del flujo de gas de síntesis 233 comprende una trayectoria de flujo en contraflujo que se puede aproximar por una trayectoria de flujo de múltiples pasos que tiene 5 pasos o más, 10 pasos o más, 15 pasos o más, 20 pasos o más, 25 pasos o más o 30 pasos o más, donde los pasos son en flujo cruzado durante el intercambio de calor, pero el gas de síntesis fluye en una dirección en general de flujo cruzado o contraflujo con respecto a los flujos de aire, combustible e hidrocarburo gaseoso en la placa de alimentación de reaccionante 260.
La placa de gas de síntesis 230 también incluye penetraciones de corriente de alimentación de aire 235 y 236, penetración de corriente de aire de combustión 237, penetración de corriente de alimentación de combustible 238, penetración de corriente de mezcla de combustible/aire 247, penetraciones de corriente de combustible de gases de combustión 239 y 240, penetraciones de corriente de alimentación de hidrocarburo gaseoso 241 y 242, penetraciones de corriente de gas de síntesis 243 y 244 y penetraciones de corriente de agua 245 y 246.
En relación con la figura 2C, la placa de alimentación de reaccionante 260 tiene una trayectoria del flujo de la corriente de agua 261 que conecta las entradas de corriente de agua 262 y las salidas de corriente de agua 263 como se muestra en la parte izquierda inferior de la placa de alimentación de reaccionante 260. La trayectoria del flujo de la corriente de agua 261 puede comprender uno o múltiples canales de flujo independientes 264. Esta parte de la placa de alimentación de reaccionante 260, cuando está en forma de un intercambiador de calor, corresponde a las corrientes de flujo de agua para el intercambiador de calor 109 indicado en la figura 1A. Los canales de flujo 264 y surcos adyacentes pueden tener el tamaño para proporcionar la contención segura de presión y una combinación barata de capacidad de transferencia de calor y caída de presión. En algunas realizaciones, los canales de flujo independientes 264 pueden comprender cada uno un corte transversal semicircular en general y pueden tener las dimensiones descritas en la tabla 1. En algunas realizaciones, los canales de flujo independientes 264 pueden tener cada uno un corte transversal semicircular con una anchura de aproximadamente 1,95 mm, una profundidad de aproximadamente 1,10 mm y surcos de aproximadamente 0,4 mm. Aunque se muestra un número específico de canales de flujo independientes 264, debe entenderse que la trayectoria de flujo de la corriente de agua 261 puede comprender cualquier número adecuado de canales de flujo independientes configurados de forma adecuada según las necesidades individuales del sistema.
Aunque la figura 2C muestra la trayectoria de flujo de la corriente de agua 261 como una trayectoria de flujo de múltiples pasos, la trayectoria de flujo 261 puede comprender también una trayectoria de flujo directa en contraflujo, flujo paralelo, flujo cruzado o de un solo paso, que comprende múltiples canales independientes. En algunas realizaciones, la trayectoria de flujo de la corriente de agua 261 puede comprender más de un paso, comprendiendo cada paso una sola inversión en la dirección del flujo, tal como de 2 a 100 pasos, de 5 a 75 pasos, de 10 a 60 pasos, de 15 a 50 pasos o de 20 a 40 pasos. Preferiblemente, la trayectoria de flujo de la corriente de agua 261 comprende una trayectoria de flujo de múltiples pasos que tiene 5 pasos o más, 10 pasos o más, 15 pasos o más, 20 pasos o más, 25 pasos o más o 30 pasos o más, donde los pasos son en flujo cruzado durante el intercambio de calor, pero fluyen en una dirección en general en contraflujo con respecto al flujo de la corriente del gas de síntesis.
La placa de alimentación de reaccionante 260 también incluye una trayectoria de flujo de alimentación de aire 265 con entrada de alimentación de aire 266 y salida de alimentación de aire 267, trayectoria de flujo de alimentación de aire de combustión 268, con entrada de alimentación de aire de combustión 269, trayectoria de flujo de alimentación de combustible 270 con entrada de alimentación de combustible 271 y salida de mezcla de combustible/aire 272, trayectoria de flujo de alimentación de gases de combustión 273 con entrada de combustible de gases de combustión 274 y salida de combustible de gases de combustión 275 y trayectoria de flujo de hidrocarburos gaseosos 276, con entrada de hidrocarburos gaseosos 277 y salida de hidrocarburos gaseoso 278. Cada una de las trayectorias de flujo 265, 268, 270, 273 y 276 puede comprender uno o múltiples canales de flujo independientes 279, 280, 281, 282 y 283 respectivamente. En general, cada uno de los canales de flujo independientes 279, 280, 281, 282 y 283 y surcos adyacentes pueden tener el tamaño para proporcionar contención segura de la presión y una combinación barata de capacidad de transferencia de calor y caída de presión. En algunas realizaciones, los canales de flujo independientes 279, 280, 281, 282 y 283 pueden comprender cada uno independientemente en general un corte transversal semicircular y cada uno independientemente puede tener las dimensiones descritas en la tabla 1. En algunas realizaciones, los canales de flujo independientes 279, 280, 281, 282 y 283 pueden tener cada
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uno un corte transversal semicircular con una anchura de aproximadamente 1,90 mm, una profundidad de aproximadamente 1,10 mm y surcos de aproximadamente 0,4 mm. En algunas realizaciones, las partes de entrada y salida de los canales de flujo independientes 283 pueden tener un corte transversal semicircular con una anchura de aproximadamente 1,75 mm, una profundidad de aproximadamente 1,00 mm y surcos de aproximadamente 0,5 mm. Aunque se muestra un número específico de canales de flujo independientes 279, 280, 281, 282 y 283, debe entenderse que las trayectorias de flujo independientes 265, 268, 270, 273 y 276 pueden comprender independientemente cualquier número adecuado de canales de flujo independientes configurados de forma adecuada según las necesidades del sistema.
Aunque la figura 2C muestra las trayectorias de flujo 265, 268, 270, 273 y 276 como trayectorias de flujo directo en flujo cruzado o de paso único, en algunas realizaciones las trayectorias de flujo 265, 268, 270, 273 y 276 pueden comprender independientemente más de un paso, comprendiendo cada paso una sola inversión de la dirección de flujo, tal como de 2 a 20 pasos, de 2 a 10 pasos o de 2 a 5 pasos. Preferiblemente, las trayectorias de flujo 265, 268, 270, 273 y 276 comprenden cada una, una trayectoria de flujo directo en flujo cruzado o de un solo paso. En la figura 2C, la trayectoria de flujo de aire de combustión 268 se configura para proporcionar la mezcla de la corriente de aire de combustión 114 de la figura 1A, con la corriente de alimentación de combustible 105 dentro del intercambiador 110, dirigiendo el flujo de aire a través de la trayectoria de flujo 268 y el flujo de combustible en la trayectoria de flujo 270 a la misma salida, salida de mezcla de combustible/aire 272. Cuando se configura de esta forma, no hay unión separada de estas corrientes, corriente abajo del intercambiador de calor de recuperación de calor del gas de síntesis 110, como se representa en la figura 1A.
La placa de alimentación de reaccionante 260 incluye penetraciones de corriente de alimentación de aire 285 y 286, penetración de corriente de aire de combustión 287, penetración de corriente de alimentación de combustible 288, penetración de corriente de mezcla de combustible/aire 289, penetraciones de corriente de combustible de gases de combustión 290 y 291, penetraciones de corriente de alimentación de hidrocarburo gaseoso 292 y 293, penetraciones de corriente de gas de síntesis 294 y 295 y penetraciones de corriente de agua 296 y 297.
En algunas realizaciones, las placas usadas para formar realizaciones del intercambiador de calor de recuperación de calor del gas de síntesis 110, se pueden apilar y unir por difusión o unir de otra forma en cualquier orden adecuado para formar un intercambiador de calor. En algunas realizaciones, las placas se pueden apilar y unir por difusión o unir de otra forma en el siguiente orden: al menos una placa final 1 (no se muestra), 1 placa de unión 210, múltiples celdas de intercambio de calor, comprendiendo cada celda de intercambio de calor una placa de alimentación de reaccionante 260 seguida de una placa de gas de síntesis 230, 1 placa de alimentación de reaccionante adicional 260, 1 placa de unión 210, y al menos una placa final 1 (no se muestra). Por consiguiente, en algunas realizaciones, el orden de las placas de intercambio de calor de circuito impreso en una pila dada puede tener el siguiente patrón (Placa final = "E", placa de unión 210 = "B", placa de alimentación de reaccionante 260 = "R", placa de alimentación de gas de síntesis 230 = "S"): E B R S R S R S . . . R S R B E. Las placas finales pueden ser placas en blanco sin circuitos de trayectorias de flujo y pueden estar aisladas con el fin de potenciar la transferencia de calor y limitar la pérdida de calor. Las placas finales pueden servir como cubiertas para las cámaras y trayectorias de acceso de flujo formadas por alineamiento de las penetraciones y conexión de soporte de las corrientes relevantes para el intercambiador de calor 110, tal como mediante puertos o cabezales en conexión fluida con las cámaras y trayectorias de flujo. Por consiguiente, las placas finales deben ser suficientemente gruesas para acomodar las presiones en cada una de las penetraciones y soportar los puertos o cabezales. En algunas realizaciones, se usa una sola placa final para cada extremo del intercambiador 164, donde la placa final es más gruesa que las otras placas. En otras realizaciones, se pueden usar múltiples placas finales en cada extremo para proporcionar suficiente grosor para soportar o proporcionar los cabezales o puertos.
En algunas realizaciones, el intercambiador de calor de recuperación de calor del gas de síntesis 110 comprende de 5 a 30 celas de intercambio de calor, tal como 7-25, 8-20, de 9 a 17 o de 10 a 15 celdas de intercambio de calor, comprendiendo cada celda de intercambio de calor una placa de alimentación de reaccionante 260 y una placa de gas de síntesis 230. En realizaciones preferidas para reformar 2 SCMH de gas natural usando gas residual de PSA como combustible, el intercambiador de calor de recuperación de calor del gas de síntesis 110 comprende al menos 14 celdas de intercambio de calor. En una realización preferida, el intercambiador de calor de recuperación de calor del gas de síntesis 110 comprende 2 placas de unión 210, 14 celdas de intercambio de calor, una placa de alimentación de reaccionantes adicional 260 y 5 placas finales, y comprende placas que tienen cada una 1,65 mm de grosor dando una pila que tiene 57,75 mm de altura. El número de placas y celdas de intercambio de calor se puede modificar de acuerdo con las necesidades de producción, la eficacia de la transferencia de calor, el número de corrientes de alimentación y otros parámetros.
Cuando las diferentes placas están apiladas y unidas por difusión o unidas de otra forma para formar un intercambiador de calor, preferiblemente las diferentes penetraciones correspondientes en cada una de las placas se alinean para formar trayectorias o cámaras de acceso de flujo para las diferentes alimentaciones de reaccionantes. En algunas realizaciones, las penetraciones de corriente de alimentación de aire 215, 235 y 285 y 216, 236 y 286 están alineadas para formar trayectorias o cámaras de acceso de flujo a través de las cuales la corriente de alimentación de aire 107 se puede suministrar a y puede salir de, respectivamente, las placas de alimentación de reaccionante 260 del intercambiador de calor. En algunas realizaciones, las penetraciones de corriente de aire de combustión 217, 237 y 287 están alineadas para formar trayectorias o cámaras de acceso de flujo por las cuales se
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puede suministrar la corriente de aire de combustión 114 a las placas de alimentación de reaccionante 260 del intercambiador de calor. En algunas realizaciones, las penetraciones de corriente de alimentación de combustible 218, 238 y 288 están alineadas para formar trayectorias o cámaras de acceso de flujo por las cuales se puede suministrar la corriente de alimentación de combustible 105 a las placas de alimentación de reaccionante 260 del intercambiador de calor. En algunas realizaciones, las penetraciones de corriente de mezcla de combustible/aire 227, 247 y 289 están alineadas para formar trayectorias o cámaras de acceso de flujo por las cuales la corriente de alimentación de combustible 107 en combinación con la corriente de aire de combustión 114 pueden salir de las placas de alimentación de reaccionante 260 del intercambiador de calor. En algunas realizaciones, las penetraciones de corriente de alimentación de gases de combustión 219, 239 y 290 y 220, 240 y 291 están alineadas para formar trayectorias o cámaras de flujo de acceso por las cuales la corriente de combustible de gases de combustión 112 se puede suministrar a y puede salir de, respectivamente, las placas de alimentación de reaccionante 260 del intercambiador de calor. En algunas realizaciones, las penetraciones de corriente de alimentación de hidrocarburo gaseoso 221, 241 y 292 y 222, 242 y 293 están alineadas para formar trayectorias o cámaras de acceso de flujo por las cuales la corriente de alimentación de hidrocarburo gaseoso 102 se puede suministrar a y puede salir de, respectivamente, las placas de alimentación de reaccionante 260 del intercambiador de calor. En algunas realizaciones, las penetraciones de corriente de gas de síntesis 213, 231 y 294 y 224, 244 y 295 están alineadas para formar trayectorias o cámaras de acceso de flujo por las cuales la corriente de gas de síntesis 190 se puede suministrar a y puede salir de, respectivamente, las placas de gas de síntesis 230 y placas de unión 210 del intercambiador de calor. En algunas realizaciones, las penetraciones de corriente de alimentación de agua 225, 245 y 277 y 226, 246 y 296 están alineadas para formar trayectorias o cámaras de acceso de flujo por las cuales la corriente de alimentación de agua 108 se puede suministrar a y puede salir de, respectivamente, las placas de alimentación de reaccionante 260 del intercambiador de calor.
Además de alinear las diferentes penetraciones, el apilado de las placas preferiblemente pone los canales independientes que componen las trayectorias de flujo 265, 268, 270, 273 y 276 muy próximos a los canales independientes que componen las trayectorias de flujo 211 y/o 233 para facilitar la transferencia de calor entre corrientes relevantes a través de las paredes de los respectivos canales independientes.
En funcionamiento, la corriente de hidrocarburo gaseoso 102 puede entrar en el intercambiador de calor de recuperación de calor del gas de síntesis 110 esencialmente a la presión y temperatura que entra en el sistema reformador 100 y puede salir del intercambiador 110 a una presión entre 10 bara y 100 bara, tal como entre 10 bara y 90 bara, entre 10 bara y 75 bara, entre 10 bara y 60 bara, entre 10 bara y 50 bara, entre 10 bara y 40 bara, entre 10 bara y 30 bara, entre 10 bara y 20 bara, entre 10 bara y 18 bara, entre 11 bara y 17 bara, entre 12 bara y 16 bara, entre 13 bara y 15 bara o entre 13,5 bara y 14,5 bara y a una temperatura entre 200ºC y 375ºC, tal como entre 225ºC y 375ºC , entre 250ºC y 370ºC, entre 275 y 365ºC, entre 300 y 360ºC o entre 325ºC y 355ºC. Preferiblemente, la temperatura de la corriente 102 que sale del intercambiador de calor de recuperación de calor del gas de síntesis 110 está dentro de 100ºC de la temperatura de la corriente de gas de síntesis 190, tal como dentro de 90ºC, 80ºC, 70ºC, 60ºC 50ºC, 40ºC 30ºC o dentro de 20ºC de la temperatura de la corriente de gas de síntesis 190. Preferiblemente, la caída de presión para la corriente de hidrocarburo gaseoso 102 a través del intercambiador 110 es menor que 0,50 bara, tal como por ejemplo, menor que 0,40 bara, menor que 0,30 bara, menor que 0,20 bara o menor que 0,10 bara.
En algunas realizaciones, la corriente de alimentación de combustible 105 puede entrar en el intercambiador de calor de recuperación de calor del gas de síntesis 110 a una presión menor que 10 barg, tal como menor que 8 barg, menor que 5 barg, menor que 2,5 barg, menor que 1 barg, menor que 0,75 barg, menor que 0,5 barg, menor que 0,4 barg, menor que 0,3 barg, menor que 0,2 barg, menor que 0,15 barg, menor que 0,10 barg o menor que 0,075 barg. En algunas realizaciones, la corriente de alimentación de combustible 105 entra en el intercambiador de calor de recuperación de calor del gas de síntesis 110 a cualquier temperatura adecuada, tal como la temperatura de suministro o a temperatura ambiente. En algunas realizaciones, la corriente de alimentación de combustible 105 entra en el intercambiador de calor de recuperación de calor del gas de síntesis 110 a una temperatura entre -40ºC y 350ºC, tal como entre -30ºC y 300ºC, entre -20ºC y 250ºC, entre -10ºC y 200ºC, entre -5ºC y 150ºC, entre 0ºC y 100ºC, entre 0ºC y 50ºC, entre 5°C y 40°C, entre 10ºC y 35ºC, entre 15°C y 30ºC o entre 20ºC y 25°C. En algunas realizaciones, la corriente de alimentación de combustible 105 puede salir del intercambiador 110 a una presión menor que 10 barg, tal como menor que 8 barg, menor que 5 barg, menor que 2,5 barg, menor que 1 barg, menor que 0,75 barg, menor que 0,5 barg, menor que 0,4 barg, menor que 0,3 barg, menor que 0,2 barg, menor que 0,15 barg, menor que 0,10 barg o menor que 0,075 barg y a una temperatura entre 200ºC y 375ºC, tal como entre 225ºC y 375ºC , entre 250ºC y 370ºC, entre 275 y 365ºC, entre 300 y 360ºC o entre 325ºC y 355ºC. Preferiblemente la temperatura de la corriente 105 que sale del intercambiador de calor de recuperación de calor del gas de síntesis 110 está dentro de 100ºC de la temperatura de la corriente de gas de síntesis 190, tal como dentro de 90ºC, 80ºC, 70ºC, 60ºC, 50ºC, 40ºC 30ºC o dentro de 20ºC de la temperatura de la corriente de gas de síntesis 190. Preferiblemente, la caída de presión para la corriente de alimentación de combustible 105 a través del intercambiador 110 es menor que 0,10 bar, tal como menor que 0,09 bar, menor que 0,07 bar, menor que 0,06 bar o menor que 0,05 bar.
La corriente de combustible de gases de combustión 112 puede entrar en el intercambiador de calor de recuperación de calor del gas de síntesis 110 a una presión menor que 10 barg, tal como menor que 8 barg, menor que 5 barg, menor que 2,5 barg, menor que 1 barg, menor que 0,75 barg, menor que 0,5 barg, menor que 0,4 barg, menor que
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0,3 barg, menor que 0,2 barg, menor que 0,15 barg, menor que 0,10 barg o menor que 0,075 barg y a cualquier temperatura adecuada, tal como la temperatura de suministro o a temperatura ambiente, o tal como a una temperatura entre -40ºC y 350ºC, tal como entre -30ºC y 300ºC, entre -20ºC y 250ºC, entre -10ºC y 200ºC, entre -5ºC y 150ºC, entre 0ºC y 100ºC, entre 0ºC y 50ºC, entre 5ºC y 40ºC, entre 10ºC y 35ºC, entre 15ºC y 30ºC o entre 20ºC y 25ºC. En algunas realizaciones, la corriente de combustible de gases de combustión 112 puede salir del intercambiador 110 a una presión menor que 10 barg, tal como menor que 8 barg, menor que 5 barg, menor que 2,5 barg, menor que 1 barg, menor que 0,75 barg, menor que 0,5 barg, menor que 0,4 barg, menor que 0,3 barg, menor que 0,2 barg, menor que 0,15 barg, menor que 0,10 barg o menor que 0,075 barg y a una temperatura entre 200ºC y 375ºC, tal como entre 225ºC y 375ºC, entre 250ºC y 370ºC, entre 275 y 365ºC, entre 300 y 360ºC o entre 325ºC y 355ºC. Preferiblemente, la temperatura de la corriente 112 que sale del intercambiador de calor de recuperación de calor del gas de síntesis 110 está dentro de 100ºC de la temperatura de la corriente de gas de síntesis 190, tal como dentro de 90ºC, 80ºC, 70ºC, 60ºC, 50ºC, 40ºC, 30ºC o dentro de 20ºC de la temperatura de la corriente de gas de síntesis 190. Preferiblemente, la caída de presión para la corriente de combustible de gases de combustión 112 a través del intercambiador 110 es menor que 0,10 bar, tal como menor que 0,09 bar, menor que 0,07 bar, menor que 0,06 bar o menor que 0,05 bar.
La corriente de aire de combustión 114 puede entrar en el intercambiador de calor de recuperación de calor del gas de síntesis 110 a una presión menor que 1 barg, tal como menor que 0,75 barg, menor que 0,50 barg, menor que 0,40 barg, menor que 0,30 barg, menor que 0,20 barg, menor que 0,15 barg, menor que 0,10 barg o menor que 0,075 barg y a cualquier temperatura adecuada, tal como a la temperatura de suministro o a temperatura ambiente,
o tal como a una temperatura entre -40ºC y 350ºC, tal como entre -30ºC y 300ºC, entre -20ºC y 250ºC, entre -10ºC y 200ºC, entre -5ºC y 150ºC, entre 0ºC y 100ºC, entre 0ºC y 50ºC, entre 5ºC y 40ºC, entre 10ºC y 35ºC, entre 15ºC y 30ºC o entre 20ºC y 25ºC. En algunas realizaciones, la corriente de aire de combustión 114 puede salir del intercambiador 110 a una presión menor que 1 barg, tal como menor que 0,75 barg, menor que 0,50 barg, menor que 0,40 barg, menor que 0,30 barg, menor que 0,20 barg, menor que 0,15 barg, menor que 0,10 barg o menor que 0,075 barg y a una temperatura entre 200ºC y 375 °C, tal como entre 225ºC y 375ºC, entre 250ºC y 370ºC, entre 275 y 365ºC, entre 300 y 360ºC o entre 325ºC y 355ºC. Preferiblemente, la temperatura de la corriente 114 que sale del intercambiador de calor de recuperación de calor del gas de síntesis 110 está dentro de 100ºC de la temperatura de la corriente de gas de síntesis 190, tal como dentro de 90ºC, 80ºC, 70ºC, 60ºC, 50ºC, 40ºC, 30ºC o dentro de 20ºC de la temperatura de la corriente de gas de síntesis 190. Preferiblemente, la caída de presión de la corriente de aire de combustión 114 a través del intercambiador 110 es menor que 0,10 bar, tal como menor que 0,09 bar, menor que 0,07 bar, menor que 0,06 bar o menor que 0,05 bar.
La corriente de alimentación de aire 107 puede entrar en el intercambiador de calor de recuperación de calor del gas de síntesis 110 a una presión menor que 1 barg, tal como menor que 0,75 barg, menor que 0,50 barg, menor que 0,40 barg, menor que 0,30 barg, menor que 0,20 barg, menor que 0,15 barg, menor que 0,10 barg o menor que 0,075 barg y a cualquier temperatura adecuada, tal como a la temperatura de suministro o a temperatura ambiente,
o tal como a una temperatura entre -40ºC y 350ºC, tal como entre -30ºC y 300ºC, entre -20ºC y 250ºC, entre -10ºC y 200ºC, entre -5ºC y 150ºC, entre 0ºC y 100ºC, entre 0ºC y 50ºC, entre 5ºC y 40 °C, entre 10ºC y 35 °C, entre 15ºC y 30ºC o entre 20ºC y 25ºC. En algunas realizaciones, la corriente de alimentación de aire 107 puede salir del intercambiador 110 a una presión menor que 1 barg, tal como menor que 0,75 barg, menor que 0,50 barg, menor que 0,40 barg, menor que 0,30 barg, menor que 0,20 barg, menor que 0,15 barg, menor que 0,10 barg o menor que 0,075 barg y a una temperatura entre 200ºC y 375ºC, tal como entre 225ºC y 375ºC , entre 250ºC y 370ºC, entre 275 y 365ºC, entre 300 y 360ºC o entre 325ºC y 355ºC. Preferiblemente, la temperatura de la corriente 107 que sale del intercambiador de calor de recuperación de calor del gas de síntesis 110 está dentro de 100ºC de la temperatura de la corriente de gas de síntesis 190, tal como dentro de 90ºC, 80ºC, 70ºC, 60ºC, 50ºC, 40ºC, 30ºC o dentro de 20ºC de la temperatura de la corriente de gas de síntesis 190. Preferiblemente, la caída de presión de la corriente de alimentación de aire 107 a través del intercambiador 110 es menor que 0,10 bar, tal como menor que 0,09 bar, menor que 0,07 bar, menor que 0,06 bar o menor que 0,05 bar.

La corriente de gas de síntesis 190 puede entrar en el intercambiador de calor de recuperación de calor del gas de síntesis 110 a una temperatura entre 200ºC y 450ºC, tal como entre 300ºC y 420ºC, entre 325ºC y 400ºC, entre 350ºC y 400ºC, entre 375ºC y 400ºC, entre 385ºC y 400ºC o entre 385ºC y 395ºC y a una presión inferior a la presión de la corriente de gas de síntesis 180 que sale del módulo reformador 150, tal como entre 10 bara y 100 bara, entre 10 bara y 90 bara, entre 10 bara y 75 bara, entre 10 bara y 60 bara, entre 10 bara y 50 bara, entre 10 bara y 40 bara, entre 10 bara y 30 bara, entre 10 bara y 20 bara, entre 10 bara y 18 bara, entre 11 bara y 17 bara, entre 12 bara y 16 bara, entre 13 bara y 15 bara o entre 13,5 bara y 14,5 bara, y puede salir del intercambiador 110 a una temperatura de entre 75ºC y 200ºC, entre 100ºC y 180ºC, entre 125ºC y 170ºC o entre 130ºC y 150ºC y a una presión entre 10 bara y 100 bara, tal como entre 10 bara y 90 bara, entre 10 bara y 75 bara, entre 10 bara y 60 bara, entre 10 bara y 50 bara, entre 10 bara y 40 bara, entre 10 bara y 30 bara, entre 10 bara y 20 bara, entre 10 bara y 18 bara, entre 11 bara y 17 bara, entre 12 bara y 16 bara, entre 13 bara y 15 bara o entre 13,5 bara y 14,0 bara. Preferiblemente, la caída de presión para la corriente de gas de síntesis 114 a través del intercambiador 110 es menor que 0,50 bar, tal como por ejemplo, menor que 0,40 bar, menor que 0,30 bar, menor que 0,20 bar o menor que 10 bar.
La corriente de gas de síntesis 191 que sale del intercambiador de calor de recuperación de calor del gas de síntesis 110 puede avanzar al intercambiador de calor 109, donde intercambia calor con la corriente de agua 108.
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Preferiblemente, el intercambiador de calor 109 se combina con el intercambiador de calor 110 en un solo PCHE. La corriente de gas de síntesis puede entrar en el intercambiador de calor 109 (sea como una parte del intercambiador de calor 109 o por separado) a la temperatura y presión a la que sale del intercambiador de calor 110 y puede salir del intercambiador 109 a una temperatura de entre 75ºC y 200ºC, entre 100ºC y 180ºC, entre 125ºC y 170ºC o entre 130ºC y 150ºC y a una presión de entre 10 bara y 100 bara, entre 10 bara y 90 bara, entre 10 bara y 75 bara, entre 10 bara y 60 bara, entre 10 bara y 50 bara, entre 10 bara y 40 bara, entre 10 bara y 30 bara, entre 10 bara y 20 bara, entre 10 bara y 18 bara, entre 11 bara y 17 bara, entre 12 bara y 16 bara, entre 13 bara y 15 bara o entre 13,5 bara y 14,5 bara. Preferiblemente, la corriente de agua 108 sale del intercambiador de calor 109 dentro de 20ºC de la temperatura de entrada de la corriente de gas de síntesis 191.
La corriente de agua 108 puede entrar en el intercambiador de calor 109 (sea como una parte del intercambiador de calor 110 o por separado) esencialmente a la temperatura y presión con la que entra en el sistema 100 y puede salir del intercambiador de calor 109 a una temperatura de entre 95ºC y 200ºC, tal como entre 110ºC y 190ºC, entre 115ºC y 180ºC, entre 120ºC y 170ºC o entre 130ºC y 150ºC y a una presión igual a o superior a la presión de la corriente 180 que sale del módulo reformador 150, tal como entre 10 bara y 100 bara, entre 10 bara y 90 bara, entre 10 bara y 75 bara, entre 10 bara y 60 bara, entre 10 bara y 50 bara, entre 10 bara y 40 bara, entre 10 bara y 30 bara, entre 10 bara y 20 bara, entre 10 bara y 18 bara, entre 11 bara y 17 bara, entre 12 bara y 16 bara, entre 13 bara y 15 bara o entre 13,5 bara y 14,5 bara.
La corriente de aire 114 se puede combinar con la corriente de alimentación de combustible 105 dentro del intercambiador de calor de recuperación de calor del gas de síntesis 110 o después de salir del intercambiador de calor 110 como se muestra en la figura 1A para formar la corriente de mezcla de combustible/aire 118 y la corriente de mezcla de combustible/aire 118 se puede dividir por el divisor de flujo de combustible/aire 116 en la mezcla precalentada de combustible 119 y la mezcla precalentada de aire 117. El divisor de flujo de combustible/aire 116 puede ser una unión de tuberías o cualquier otro mecanismo de división de flujo adecuado, puede incluir una válvula u otro dispositivo de división adecuado para controlar el flujo, o el flujo de combustible/aire se puede dividir y controlar el flujo usando medios pasivos que mantienen la relación deseada de combustible/aire corriente abajo para la alimentación al precalentador de combustible 120 y el precalentador de aire 122 a lo largo de un amplio intervalo de magnitudes de flujo.
Alternativamente, en algunas realizaciones, los detalles de la configuración de las corrientes de combustible y de aire que entran y salen del intercambiador de calor de recuperación de calor del gas de síntesis y que avanzan a los precalentadores, pueden aparecer como en la figura 1B. La figura 1B muestra la corriente de alimentación de combustible 105, corriente de aire de combustión 114 y corriente de alimentación de aire 107 que entran en una parte del intercambiador de calor de recuperación de calor del gas de síntesis 110. En la figura 1B, la corriente de aire de combustión 114 no se combina con la corriente de alimentación de combustible 105 antes de entrar en el precalentador de combustible 120, y en su lugar se une con la corriente precalentada de combustible 119a, que en esta realización no es una mezcla de aire/combustible, en el precalentador 120. En dicho caso, la corriente de alimentación de combustible 105 se puede dividir en la corriente de combustible precalentado-aire 117a y la corriente de combustible precalentada 119a, no incluyendo ninguna de las corriente aire de la corriente de aire de combustión 114, y la corriente de combustible 117a se puede alimentar como una corriente de combustible puro en el precalentador de aire 122. En dicho caso, los detalles de la red de resistencias y equilibrios de presión en la figura 15 serían ligeramente diferentes. En algunas realizaciones, tal como realizaciones donde el contenido de hidrógeno y monóxido de carbono de las corrientes de combustible es suficiente para la combustión catalítica, los precalentadores 120 y 122 se pueden configurar para mezclar las corrientes de aire y combustible puro que entran antes de pasar la corriente mezclada a los lechos o cámaras de catalizador para la combustión catalítica. Alternativamente, los precalentadores 120 y 122 se pueden configurar con una fuente de ignición para el arranche, tal como una fuente de chispa o un elemento de calentamiento, para proporcionar combustión no catalítica (homogénea) de toda o al menos una parte de la corriente de combustible. En dichos casos sería necesario que al menos una parte de la combustión no catalítica se produjera en una llama premezclada. Los precalentadores también se pueden configurar tanto para la combustión no catalítica como la combustión catalítica de la corriente de combustible.
En relación con la figura 1A, la mezcla precalentada de combustible 119 se puede combustionar catalíticamente en forma parcial en el precalentador de combustible 120 para proporcionar calor para reformar la corriente de combustible 124. El precalentador de combustible 120 puede ser cualquier cámara de combustión catalítica adecuada en donde el combustible en la mezcla precalentada de combustible 119 se combustiona catalíticamente en forma parcial, y puede comprender un reactor catalítico separado cargado con catalizador estructurado o no estructurado, o puede comprender una sección modificada de la tubería que se ha cargado con catalizador estructurado o no estructurado. En algunas realizaciones, el combustible en la mezcla precalentada de combustible 119 se combustiona catalíticamente solo en forma parcial, debido a que la cantidad de aire en la mezcla precalentada de combustible 119 es deliberadamente insuficiente para la combustión de todo el combustible. En realizaciones preferidas, donde la mezcla precalentada de combustible 119 que entra en el precalentador de combustible 120 está por debajo de las temperaturas de carburización catastrófica y la corriente de combustible del reformador 124 está por encima de las temperaturas de carburización catastrófica, las condiciones de carburización catastrófica pueden aparecer en el precalentador de combustible 120, y por lo tanto el precalentador de combustible 120 preferiblemente está construido de metal resistente a la carburización catastrófica o de metal revestido con un

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revestimiento resistente a la carburización catastrófica y/o se configura para la reparación y/o eliminación y sustitución fácil.
Preferiblemente, la mezcla precalentada de combustible 119 está a una temperatura inferior a las condiciones de carburización catastrófica, tal como una temperatura inferior a 400ºC, tal como inferior a 375ºC, inferior a 360ºC, inferior a 350ºC, inferior a 325ºC o inferior a 300ºC. Preferiblemente, la presión de la mezcla precalentada de combustible 119 es menor que 10 barg, tal como menor que 8 barg, menor que 5 barg, menor que 2,5 barg, menor que 1 barg, menor que 0,75 barg, menor que 0,5 barg, menor que 0,4 barg, menor que 0,3 barg, menor que 0,2 barg, menor que 0,15 barg, menor que 0,10 barg o menor que 0,075 barg. Preferiblemente, la cantidad de aire en la mezcla precalentada de combustible 119 es justo suficiente, cuando se ha consumido completamente el combustible en exceso, para dar la temperatura del combustible del reformador necesaria, no siendo necesario más control del reactor.
Preferiblemente, la corriente de combustible del reformador 124 está a una temperatura superior a las condiciones de carburización catastrófica, tal como a una temperatura superior a 775ºC, superior a, 780ºC, superior a 785ºC, superior a 790ºC, superior a 795ºC, superior a 800ºC, superior a 805ºC, superior a 810ºC o superior a 815ºC. Preferiblemente, la presión de la corriente de combustible del reformador 124 es menor que 10 barg, tal como menor que 8 barg, menor que 5 barg, menor que 2,5 barg, menor que 1 barg, menor que 0,75 barg, menor que 0,5 barg, menor que 0,4 barg, menor que 0,3 barg, menor que 0,2 barg, menor que 0,15 barg, menor que 0,10 barg o menor que 0,075 barg, o menor que 0,05 barg.
La mezcla precalentada de aire 117 se puede combustionar en el precalentador de aire 122 en presencia de la corriente de alimentación de aire 107 para formar la corriente de aire de reformado 126. El precalentador de aire 122 puede ser cualquier cámara de combustión catalítica adecuada, en donde el combustible en la mezcla precalentada de aire 117 se combustiona catalíticamente y puede comprender un reactor catalítico separado cargado con catalizador estructurado o no estructurado o puede comprender una sección modificada de la tubería que se ha cargado con catalizador estructurado o no estructurado. A diferencia del precalentador de combustible 120, el combustible en la mezcla precalentada de aire 117 se combustiona catalíticamente completa o sustancialmente completamente porque la cantidad de aire en el precalentador de aire 122 no está limitada para conservar combustible para la combustión adicional corriente abajo. En realizaciones preferidas, donde la mezcla precalentada de aire 117 que entra en el precalentador de combustible 122 está por debajo de las temperaturas de carburización catastrófica y la corriente de aire del reformador 126 está por encima de las temperaturas de carburización catastrófica, se pueden producir las condiciones de carburización catastrófica en el precalentador de aire 122, y por lo tanto el precalentador de aire 122 preferiblemente está construido de metal resistente a la carburización catastrófica o de metal revestido con un revestimiento resistente a la carburización catastrófica y/o se configura para la reparación y/o eliminación y sustitución fácil. Mediante la localización de la aparición de las condiciones de carburización catastrófica o limitando los componentes dentro del sistema reformador 100 que están expuestos a condiciones de carburización catastrófica, se puede minimizar el coste del sistema y la facilidad de uso y reparación/mantenimiento.
En general, la mezcla precalentada 117 está a una temperatura inferior a las condiciones de carburización catastrófica, tal como a una temperatura inferior a 400ºC, tal como inferior a 375ºC, inferior a 360ºC, inferior a 350ºC, inferior a 325ºC o inferior a 300ºC. Preferiblemente, la presión de la mezcla precalentada de aire 122 es menor que 1 barg, tal como menor que 0,75 barg, menor que 0,50 barg, menor que 0,40 barg, menor que 0,30 barg, menor que 0,20 barg, menor que 0,15 barg, menor que 0,10 barg, menor que 0,075 barg, o menor que 0,05 barg. Preferiblemente, la cantidad de combustible en la mezcla precalentada de aire 117 es justo suficiente, cuando se combustiona completamente en aire en exceso, para dar la temperatura del aire del reformador necesaria, sin ser necesario más control del reactor.
La corriente de alimentación de aire 107 puede entrar en el precalentador de aire 122 esencialmente a la temperatura y presión con la que sale del intercambiador de calor de recuperación de calor del gas de síntesis 110, tal como a una temperatura inferior a las condiciones de carburización catastrófica y puede salir del precalentador de aire 122 como una corriente de aire del reformador 126 a una temperatura por encima de las condiciones de carburización catastrófica, tal como a una temperatura superior a 800ºC, superior a 815ºC, superior a 830ºC, superior a 840ºC, superior a 850ºC, superior a 860ºC, superior a 875°C, superior a 890ºC, o superior a 900ºC. Preferiblemente la presión de la corriente de aire del reformador 126 es menor que menor que 1 barg, tal como menor que 0,75 barg, menor que 0,50 barg, menor que 0,40 barg, menor que 0,30 barg, menor que 0,20 barg, menor que 0,15 barg, menor que 0,10 barg, menor que 0,075 barg, o menor que 0,05 barg.
Como se muestra en la figura 1A, después de salir del intercambiador de calor de recuperación de calor del gas de síntesis 110, la corriente de combustible de gases de combustión 112 se combina con la corriente de gases de combustión 160 del módulo reformador 150, para formar la corriente de gases de combustión que contiene combustible 162. La corriente de gases de combustión que contiene combustible 162 se combustiona en el precalentador de gases de combustión 175 por combustión catalítica de los componentes de combustible en la corriente de gases de combustión que contiene combustible 162, formando la corriente de gases de combustión calentada 163. Alternativamente, la corriente de combustible de gases de combustión 112 se puede alimentar directamente al precalentador de gases de combustión 175, donde se puede mezclar con la corriente de gases de
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combustión 160 y después combustionar para formar la corriente de gases de combustión calentada 163. La corriente de gases de combustión calentada 163 puede proporcionar calor adicional a la corriente de agua 108 en el intercambiador de calor 164 después de que la corriente de agua 108 salga del intercambiador de calor 109. Desde allí, la corriente de gases de combustión calentada 163 se puede expulsar como gases de combustión o puede avanzar a procesamiento adicional corriente abajo.
El precalentador de gases de combustión 175 puede ser cualquier cámara de combustión catalítica adecuada en la que la corriente de gases de combustión que contiene combustible 162 (o en la corriente de combustible 112, cuando la corriente de combustible 112 conecta directamente con el precalentador de gases de combustión 175) se combustiona catalíticamente para proporcionar calor a la corriente de gases de combustión que contiene combustible 162 y puede comprender un reactor catalítico separado cargado con catalizador estructurado o no estructurado, o puede comprender una sección modificada de tubería que se ha cargado con catalizador estructurado o no estructurado. Preferiblemente, la corriente de gases de combustión que contiene combustible 162 entra en el precalentador de gases de combustión 175 a una temperatura entre 200ºC y 450ºC, tal como entre 225ºC y 440ºC, entre 250 y 425ºC, entre 275ºC y 420ºC, entre 300 y 410ºC, entre 325 y 400ºC, o entre 350 y 390ºC y una presión menor que 1 barg, tal como menor que 0,75 barg, menor que 0,50 barg, menor que 0,40 barg, menor que 0,30 barg, menor que 0,20 barg, menor que 0,15 barg, menor que 0,10 barg, menor que 0,075 barg, o menor que 0,05 barg y sale del precalentador de gases de combustión 175 como corriente de gases de combustión calentada 163 a una temperatura entre 250ºC y 550ºC, tal como entre 275ºC y 525ºC, entre 300ºC y 500ºC, entre 350ºC y 490ºC, entre 375ºC y 475ºC o entre 400ºC y 450ºC, y a una presión menor que 1 barg, tal como menor que 0,75 barg, menor que 0,50 barg, menor que 0,40 barg, menor que 0,30 barg, menor que 0,20 barg, menor que 0,15 barg, menor que 0,10 barg, menor que 0,075 barg, o menor que 0,05 barg.
El intercambiador de calor 164 puede ser cualquier intercambiador de calor adecuado para intercambiar calor desde la corriente de gases de combustión calentada 163 a la corriente de agua 108. En algunas realizaciones, el intercambiador de calor 164 puede ser un PCHE. En algunas realizaciones, el intercambiador de calor 164 puede comprender un PCHE que se construye a partir de una serie de placas mostradas en las figuras 3A-B. Las placas se pueden combinar en una pila y unir entre sí por difusión o unir de otra forma para formar el intercambiador de calor 164 para proporcionar intercambio de calor entre las corrientes calientes y frías que entran. En general, las trayectorias de flujo para cada una de las corrientes se pueden formar en las placas por grabado, molienda u otro procedimiento adecuado y se pueden configurar para proporcionar el intercambio de calor deseado, mientras que se limita la caída de presión para una o más corriente a través del intercambiador de calor. Preferiblemente, las corrientes que entran y salen del intercambiador 164 se mantienen en condiciones de temperatura, presión y composición que evitan o reducen las condiciones de carburización catastrófica dentro del intercambiador de calor.
En relación con la figura 3A-B, en algunas realizaciones, el intercambiador de calor 164 puede comprender una o más placas de alimentación de agua 320 y una o más placas de gases de combustión calentados 350. Cada una de las placas puede estar construida de materiales adecuados para el propósito y las condiciones presentes en el intercambiador 164. Los ejemplos de materiales adecuados para construir las placas 320 y 350 incluyen acero inoxidable 316 y acero inoxidable 304. Las placas de alimentación de agua 320 y las placas de gases de combustión calentados 350 pueden tener independientemente el grosor descrito en la tabla 1. En algunas realizaciones, las placas pueden tener cada una 1,6 mm de grosor.
La figura 3A muestra la placa de flujo de gases de combustión calentados 350 con la trayectoria de flujo de la corriente de gases de combustión calentada 351, que conecta las entradas de corriente de gases de combustión calentada 353 y las salidas de corriente de gases de combustión calentada 356. Las entradas de gases de combustión calentados 353 pueden dividir la corriente de gases de combustión calentada 163 en múltiples canales de flujo independiente 355 que comprenden la trayectoria de flujo de la corriente de gases de combustión calentada
351.
Las salidas de la corriente de gases de combustión calentada 356 pueden recombinar el flujo en los canales de flujo 355 para volver a formar la corriente de gases de combustión 163 cuando sale del intercambiador de calor 164. Las entradas de corriente de gases de combustión calentada 353 y las salidas de la corriente de gases de combustión calentada 356 conectan con la penetración de entrada de corriente de gases de combustión calentada 358 y la penetración de salida de corriente de gases de combustión calentada 357 y la placa de flujo de gases de combustión calentados 350 también incluye la penetración de entrada de agua 354 y penetración de salida de agua
352.
Los canales de flujo 355 y los surcos adyacentes pueden tener el tamaño para proporcionar contención segura de la presión y una combinación barata de capacidad de transferencia de calor y caída de presión. En algunas realizaciones, los canales de flujo independientes 355 pueden comprender cada uno un corte transversal en general semicircular, y pueden tener las dimensiones descritas en la tabla 1. En algunas realizaciones, los canales de flujo independientes 355 pueden tener cada uno un corte transversal semicircular con una anchura de aproximadamente 1,9 mm, una profundidad de aproximadamente 1,0 mm y surcos de aproximadamente 0,4 mm. Aunque se muestra un número específico de canales de flujo independientes 355, debe entenderse que las trayectorias de flujo de corriente de agua 351 pueden comprender cualquier número adecuado de canales de flujo independientes configurados de forma adecuada según las necesidades del sistema.

Aunque la figura 3A muestra la trayectoria de flujo de la corriente de gases de combustión calentada 351 como trayectoria de flujo directo en flujo cruzado o de paso único, en algunas realizaciones, la trayectoria de flujo de la corriente de gases de combustión calentada 351 puede comprender más de un paso, comprendiendo cada paso una
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sola inversión de la dirección de flujo, tal como de 2 a 20 pasos, de 2 a 10 pasos o de 2 a 5 pasos. Preferiblemente, la trayectoria de flujo de la corriente de gases de combustión calentada 351 comprende una trayectoria de flujo de flujo cruzado directo o de un solo paso, durante el intercambio de calor, y fluye en una dirección de contraflujo con respecto al flujo general de la corriente de agua.
La figura 3B muestra la placa de alimentación de agua 320 que tiene una trayectoria de flujo de la corriente de agua 321 que conecta las entradas de corriente de agua 326 y las salidas de corriente de agua 323. La trayectoria de flujo de la corriente de agua 321 puede comprender uno o múltiples canales de flujo independientes 325. Las entradas de corriente de agua 326 y las salidas de corriente de agua 323 conectan la penetración de entrada de agua 324 y la penetración de salida de agua 322, respectivamente, y la placa de alimentación de agua 320 también incluye la penetración de la salida de la corriente de gases de combustión calentada 327 y la penetración de la entrada de la corriente de gases de combustión calentada 328. Los canales de flujo 325 y surcos adyacentes pueden tener el tamaño para proporcionar contención segura de la presión y una combinación barata de capacidad de transferencia de calor y caída de presión. En algunas realizaciones, los canales de flujo independientes 325 pueden comprender cada uno un corte transversal en general semicircular, y pueden tener las dimensiones descritas en la tabla 1. En algunas realizaciones, los canales de flujo independientes 325 pueden tener cada uno un corte transversal semicircular con una anchura de aproximadamente 1,63 mm, una profundidad de aproximadamente 0,75 mm y surcos de aproximadamente 0,4 mm. Aunque se muestra un número específico de canales de flujo independientes 325, debe entenderse que las trayectorias de flujo de corriente de agua 321 pueden comprender cualquier número adecuado de canales de flujo independientes configurados de forma adecuada según las necesidades del sistema.
Aunque la figura 3B muestra la trayectoria del flujo de la corriente de agua 321 como una trayectoria de flujo de canal único de múltiples pasos, la trayectoria de flujo 321 puede comprender también una trayectoria de flujo directa en contraflujo, flujo paralelo, flujo cruzado o de un solo paso, que comprende múltiples canales independientes. En algunas realizaciones, la trayectoria de flujo de la corriente de agua 321 puede comprender más de un paso, comprendiendo cada paso una sola inversión en la dirección del flujo, tal como de 2 a 100 pasos, de 5 a 75 pasos, de 10 a 60 pasos, de 15 a 50 pasos o de 20 a 40 pasos. Preferiblemente, la trayectoria del flujo de la corriente de agua 321 comprende una trayectoria de flujo de múltiples pasos que tiene 5 pasos o más, 10 pasos o más, 15 pasos
o más, 20 pasos o más, 25 pasos o más o 30 pasos o más, donde los pasos son en flujo cruzado durante el intercambio de calor y donde la corriente de agua fluye en una dirección en general en contraflujo con respecto a la corriente de gases de combustión calentada.
En algunas realizaciones, las placas usadas para formar realizaciones del intercambiador de calor 164, se pueden apilar y unir por difusión o unir de otra forma en cualquier orden adecuado para formar el intercambiador de calor
164. En algunas realizaciones, las placas se pueden apilar y unir por difusión o unir de otra forma en el siguiente orden: al menos una placa final 1 (no se muestra), múltiples celdas de intercambio de calor, comprendiendo cada celda de intercambio de calor una placa de flujo de gases de combustión calentados 350 seguida de una placa de alimentación de corriente de agua 320, seguido de una placa final de flujo de gases de combustión calentados 350, y después al menos 1 placa final (no se muestra). Por consiguiente, el orden de las placas de intercambio de calor de circuito impreso en una pila dada para el intercambiador 164 puede tener el siguiente patrón (Placa final = "E", placa de gases de combustión 350 = "F", placa de alimentación de corriente de agua 320 = "W"): E F W F F W F F W F . . . F W F F W F E. Las placas finales pueden ser placas en blanco sin circuitos de trayectorias de flujo y pueden estar aisladas con el fin de potenciar la transferencia de calor y limitar la pérdida de calor. Las placas finales pueden servir como cubiertas para las penetraciones y conexión de soporte de las corrientes relevantes para los intercambiadores de calor 164, tal como mediante puertos o cabezales. Por consiguiente, las placas finales deben ser suficientemente gruesas para acomodar las presiones en cada una de las penetraciones y soportar los puertos o cabezales. En algunas realizaciones, se usa una sola placa final para cada extremo del intercambiador 164, donde la placa final es más gruesa que las otras placas. En algunas realizaciones, las múltiples placas finales se pueden usar en cada extremo para proporcionar suficiente grosor para soportar o proporcionar los cabezales o puertos. En algunas realizaciones, el intercambiador de calor 164 puede comprender una pila que tiene entre 50 mm y 70 mm de alto, tal como 60 mm de alto.
En algunas realizaciones, el intercambiador de calor 164 comprende de 2 a 30 celas de intercambio de calor, tal como 5-25, 7-20, de 8 a 17 o de 10 a 15 celdas de intercambio de calor, comprendiendo cada celda de intercambio de calor una placa de flujo de gases de combustión calentados 350 seguido de una placa de alimentación de corriente de agua 320, seguido de una placa de flujo de gases de combustión calentados 350. En realizaciones preferidas para reformar 2 SCMH de gas natural usando gas residual de PSA como combustible, el intercambiador de calor 164 comprende al menos 10 celdas de intercambio de calor. En una realización preferida, el intercambiador de calor 164 comprende 10 celdas de intercambio de calor, comprendiendo cada celda de intercambio de calor una placa de flujo de gases de combustión calentados 350 seguido de una placa de alimentación de corriente de agua 320, y comprende una placa adicional de flujo de gases de combustión calentados 350, y 6 placas finales para un total de 30 placas activas. El número de placas y celdas de intercambio de calor se puede modificar de acuerdo con las necesidades de producción, la eficacia de la transferencia de calor y otros parámetros.
Cuando las diferentes placas están apiladas y unidas por difusión o unidas de otra forma para formar un intercambiador de calor, las penetraciones de entrada de la corriente de gases de combustión calentada 358 y las penetraciones de salida de la corriente de gases de combustión calentada 357, preferiblemente están alineadas con
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las penetraciones de entrada de corriente de gases de combustión calentada 328 y las penetraciones de salida de corriente de gases de combustión calentada 327 en las placas de alimentación de agua 320 para formar trayectorias
o cámaras de acceso de flujo de entrada y salida para la corriente de gases de combustión calentada. Además, las penetraciones de entrada de corriente de agua 324 y 356 y las penetraciones de salida de corriente de agua 322 y 355 preferiblemente también están alineadas para formar trayectorias o cámaras de acceso de flujo de entrada y salida para la corriente de agua. El apilado de las placas preferiblemente también pone las trayectorias de flujo 321 y 351 muy cerca entre sí para facilitar la transferencia de calor entre las corrientes a través de las paredes de los canales independientes 325 y 355.
En algunas realizaciones, la corriente de agua 108 puede entrar en el intercambiador de calor 164 esencialmente a la temperatura y presión a la que sale del intercambiador de calor de recuperación de calor del gas de síntesis 110, y puede salir del intercambiador 164 a una temperatura entre 120ºC y 210ºC, tal como entre 130ºC y 205ºC, entre 150ºC y 200ºC o entre 175ºC y 195ºC y a una presión entre 10 bara y 100 bara, tal como entre 10 bara y 90 bara, entre 10 bara y 75 bara, entre 10 bara y 60 bara, entre 10 bara y 50 bara, entre 10 bara y 40 bara, entre 10 bara y 30 bara, entre 10 bara y 20 bara, entre 10 bara y 18 bara, entre 11 bara y 17 bara, entre 12 bara y 16 bara, entre 13 bara y 15 bara o entre 13,5 bara y 14,5 bara. Preferiblemente, la caída de presión para la corriente de agua 108 a través del intercambiador de calor 164 es menor que 1 bar, tal como menor que 0,75 bar, menor que 0,60 bar menor que 0,50 bar, menor que 0,40 bar o menor que 0,30 bar.
La corriente de gases de combustión calentada 163 puede entrar en el intercambiador de calor 164 esencialmente a la temperatura y presión a la que sale del precalentador 175 y puede salir del intercambiador 164 a una temperatura de entre 120ºC y 200ºC, tal como entre 125ºC y 180ºC, entre 130ºC y 160ºC o entre 140ºC y 150ºC y una presión menor que 0,02 barg, tal como menor que 0,015 barg, o menor que 0,010 barg.
Después de salir del intercambiador 164, la corriente de agua 108 puede entrar en el intercambiador de calor de temple 165 donde se puede calentar más para generar vapor para el procedimiento de reformado. El intercambiador de calor de temple 165 puede comprender el intercambiador de calor 166 sumergido en agua en un depósito o recipiente. El intercambiador de calor de temple 165 se puede usar para templar la corriente de temple del gas de síntesis 170. La corriente de temple del gas de síntesis 170 puede ser una parte de la corriente de gas de síntesis 180 que sale del módulo reformador 150. La corriente de gas de síntesis 180 se puede dividir usando un divisor de corriente de gas de síntesis 184 para formar la corriente de temple de gas de síntesis 170 y la corriente de gas de síntesis 182. El divisor de la corriente de gas de síntesis 184 puede ser cualquier medio adecuado de división del flujo de corriente de gas de síntesis 180, tal como una conexión de tubería en “T” o “Y” y puede dirigir la cantidad deseada de flujo en cada dirección para asegurar la producción de vapor adecuada en el intercambiador de calor de temple 165 y la producción de hidrógeno adecuada en el reactor de intercambio de agua-gas 186 opcional, o la temperatura y presión adecuadas del gas de síntesis que entra en el intercambiador de calor de recuperación de calor del gas de síntesis 110. Preferiblemente, el intercambiador de calor de temple 165 y el intercambiador de calor 166 se configuran de modo que la corriente de temple de gas de síntesis 170 permanece turbulenta a lo largo del intervalo de regulación deseado en el que opera el sistema 100.
Siempre que el intercambiador de calor 166 permanezca sumergido en el agua en el intercambiador de temple 165, se evitan las condiciones de carburización catastrófica en el intercambiador porque la temperatura del intercambiador nunca sube por encima del punto de ebullición del agua, ya que la temperatura del agua permanece esencialmente constante durante la transición de fase. Aunque se evita en el intercambiador de calor de temple 165, se pueden producir condiciones de carburización catastrófica en la corriente de temple del gas de síntesis 170 adyacente al intercambiador de calor de temple 165, y por lo tanto una parte de la corriente de temple del gas de síntesis 170 preferiblemente está construida de metal resistente a la carburización catastrófica o de metal revestido con un revestimiento resistente a la carburización catastrófica y/o se configura para la reparación y/o eliminación y sustitución fácil. De forma ideal, la parte de la corriente de temple del gas de síntesis 170 que está expuesta a condiciones de carburización catastrófica se minimiza y se configura para minimizar la reparación, mantenimiento y sustitución. En algunas realizaciones, las condiciones de carburización catastrófica dentro de la corriente 170 preferiblemente están limitadas a 5 diámetros de tubería de la entrada al intercambiador de calor de temple 165 y por lo tanto, la tubería en esta parte del sistema puede estar construida de metal resistente a la carburización catastrófica o de metal revestido con un revestimiento resistente a la carburización catastrófica y/o se configura para la reparación y/o eliminación y sustitución fácil. De esta forma, se puede generar vapor a partir del gas de síntesis caliente que se va a usar para las etapas de reformado, mientras que las condiciones de carburización catastrófica están localizadas en una parte pequeña de la corriente de temple del gas de síntesis 170. El intercambiador de calor de temple 165 también comprende la salida de vapor 167 y el purgado de agua 168. El vapor formado en el intercambiador de calor de temple 165 puede pasar por la salida de vapor 167 y avanzar más en el sistema 100. El agua residual y los sólidos disueltos se pueden purgar periódicamente por el purgado de agua 168 mediante accionamiento de la válvula 169 para prevenir o limitar la acumulación en el intercambiador de calor de temple 165.
El intercambiador de calor 166 puede estar parcial o completamente sumergido en agua de la corriente de agua 108 después de salir del intercambiador de calor 164. El Intercambiador de calor 166 y el calor que transfiere de la corriente de temple del gas de síntesis 170 al agua preferiblemente genera la masa de vapor usada en el módulo reformador 150. En algunas realizaciones, el intercambiador de calor 166 puede ser un PCHE. En algunas realizaciones, el intercambiador de calor puede comprender un PCHE que está construido con una serie de placas
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como se muestra en las figuras 4A-D. Las placas se pueden combinar en una pila y unir por difusión o unir de otra forma entre sí para formar el intercambiador de calor 166 para proporcionar intercambio de calor entre las corrientes calientes y frías que entran. En general, las trayectorias de flujo para cada una de las corrientes se pueden formar en las placas por grabado, molienda u otro procedimiento adecuado, y se pueden configurar para proporcionar el intercambio de calor deseado, mientras que se limita la caída de presión para una o más corrientes a través del intercambiador de calor. Preferiblemente, las corrientes que entran y salen del intercambiador 166 se mantienen en condiciones de temperatura, presión y composición para evitar o reducir las condiciones de carburización catastrófica dentro del intercambiador de calor.
En relación con las figuras 4A-D, en algunas realizaciones, el intercambiador de calor 166 puede comprender una o más placas de agua 410, una o más placas de corriente de temple del gas de síntesis 420, una o más placas finales superiores 430 y una o más placas finales inferiores 440. Cada una de las placas puede estar construida de materiales adecuados para el propósito y las condiciones presentes en el intercambiador 166. Los ejemplos de materiales adecuados para construir placas 320 y 350 incluyen acero inoxidable 316 y acero inoxidable 304. Las placas pueden tener independientemente los grosores descritos en la tabla 1. En algunas realizaciones, cada una de las placas puede tener 1,6 mm de grosor.
La figura 4A muestra la placa de agua 410 que tiene una trayectoria de flujo de la corriente de agua 411 que conecta las entradas de corriente de agua 412 y las salidas de corriente de agua 413. Las entradas de agua 412 pueden dividir el flujo de agua en uno o múltiples canales de flujo independientes 414 que forman la trayectoria de flujo 411. Las salidas de la corriente de agua 413 pueden recombinar los canales de flujo 414 para salir del intercambiador de calor 166. Los canales de flujo 414 se pueden configurar para la ebullición de tipo termosifón del agua dentro del intercambiador 166 y se pueden formar en cualquier forma y tamaño adecuados. En algunas realizaciones, los canales de flujo independientes 414 pueden comprender cada uno un corte transversal en general semicircular y pueden tener las dimensiones descritas en la tabla 1. En algunas realizaciones, los canales de flujo independientes 414 pueden tener un corte transversal semicircular con una anchura de aproximadamente 2,6 mm, una profundidad de aproximadamente 1,10 y surcos de 0,4 mm. Aunque se muestra un número específico de canales de flujo independientes 414, debe entenderse que la trayectoria del flujo de la corriente de agua 411 puede comprender cualquier número adecuado de canales de flujo independientes configurados de forma adecuada según las necesidades del sistema.
En algunas realizaciones, las entradas de corriente de agua 412 y las salidas 413 pueden comprender también un corte transversal en general semicircular con una anchura de 0,6 a 3,5 mm, una profundidad de 0,3 a 1,75 y surcos de 0,3 a 1,5 mm, y pueden tener tamaños iguales o diferentes de los canales de flujo independientes 414. En algunas realizaciones, las entradas 412 y salidas 413 tienen cada una un corte transversal semicircular con una anchura de aproximadamente 2,6 mm, una profundidad de aproximadamente 1,10 y surcos de 0,4 mm. Aunque la figura 4A muestra la trayectoria de flujo de la corriente de agua 411 como una trayectoria de flujo directa en contraflujo o flujo paralelo o de un solo paso, en algunas realizaciones, la trayectoria de flujo de la corriente de agua 411 puede comprender más de un paso, comprendiendo cada paso una sola inversión en la dirección del flujo, tal como de 2 a 20 pasos, de 2 a 10 pasos, de 2 a 5 pasos. Preferiblemente, la trayectoria del flujo de la corriente de agua 411 comprende una trayectoria de flujo de flujos paralelos directa o de un solo paso. Como se muestra en la figura 4A, la placa de corriente de agua 410 también incluye las penetraciones de entrada y salida de la corriente de temple del gas de síntesis 415 y 416, respectivamente.
En relación con la figura 4B, las placas de corriente de temple del gas de síntesis 420 pueden tener una trayectoria de flujo de la corriente de temple de gas de síntesis 421, que conecta las penetraciones de entrada de la corriente de temple del gas de síntesis 422 y las penetraciones de salida de la corriente de temple del gas de síntesis 423. Las penetraciones de entrada de la corriente de temple del gas de síntesis 422 pueden alimentar los canales de entrada 426, que después se pueden dividir en uno o múltiples canales de flujo independientes 424 que componen la trayectoria de flujo 421. La salida de la corriente de temple del gas de síntesis 423 puede recombinar múltiples canales de salida 425 que pueden recombinar los canales de flujo independientes 424 para salir del intercambiador de calor. Los canales de entrada y salida 426 y 425 y los canales de flujo independientes 424 pueden comprender cada uno un corte transversal en general semicircular y pueden tener las dimensiones descritas en la tabla 1. En algunas realizaciones, los canales de flujo independientes 424 pueden tener un corte transversal semicircular con una anchura de aproximadamente 1,99 mm, una profundidad de aproximadamente 1,10 y surcos de 0,4 mm. En algunas realizaciones, los canales de entrada y salida 426 y 425 pueden tener cada uno un corte transversal semicircular con una anchura de aproximadamente 2,2 mm, una profundidad de aproximadamente 1,10 y surcos de 0,4 mm. Aunque se muestra un número específico de canales de flujo independientes 414, debe entenderse que la trayectoria del flujo de la corriente de agua 411 puede comprender cualquier número adecuado de canales de flujo independientes configurados de forma adecuada según las necesidades del sistema.
Aunque la figura 4B muestra la trayectoria de flujo de la corriente de temple del gas de síntesis 421 como una trayectoria de flujo directa en contraflujo o de flujo paralelo o de un solo paso, en algunas realizaciones, la trayectoria de flujo de la trayectoria de flujo de la corriente de agua 421 puede comprender más de un paso, comprendiendo cada paso una sola inversión en la dirección del flujo, tal como de 2 a 20 pasos, de 2 a 10 pasos, de 2 a 5 pasos. Preferiblemente, la trayectoria del flujo de la corriente de temple del gas de síntesis 421 comprende una trayectoria de flujo de flujos paralelos directa o de un solo paso.
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En algunas realizaciones, las placas usadas para formar las realizaciones del intercambiador de calor 166 se puede apilar y unir por difusión o unir de otra forma en cualquier orden adecuado para formar el intercambiador de calor. En algunas realizaciones, las placas se pueden apilar y unir por difusión o unir de otra forma en el siguiente orden: al menos una placa final superior 430 (figura 4C), múltiples celdas de intercambio de calor, comprendiendo cada celda de intercambio de calor una placa de agua 410 seguida de una placa de corriente de temple del gas de síntesis 420, con una placa adicional de agua y después al menos una placa final inferior 440 (figura 4D). Por consiguiente, el orden de las placas de intercambio de calor de circuito impreso en una pilara dada para el intercambiador de calor 166 puede tener el siguiente patrón para las placas activas del intercambiador de calor 166, (placa de agua 410 = W; placa de corriente de temple del gas de síntesis 420 = S); W S W S W S . . . W S W S W. En algunas realizaciones, la configuración comprenderá celdas de placas de agua 410 y placas de corriente de temple del gas de síntesis 420 que alternan con una placa de agua extra 410 que sirve como una placa de unión para la última placa de corriente de temple del gas de síntesis 420 en la pila. Las placas finales pueden ser placas en blanco sin circuito de trayectoria de flujo y pueden estar aisladas para potenciar la transferencia de calor y limitar la pérdida de calor. En algunas realizaciones, se pueden usar múltiples placas finales en cada extremo. Las placas finales proporcionan una pared para los pasos en la placa de unión enfrente de la placa final, sirven como cubierta para las penetraciones y soportanla conexión de las corrientes relevantes al intercambiador de calor 166, tales como por puertos o cabezales. Por consiguiente, las placas finales deben tener un grosor suficiente para acomodar las presiones en cada una de las penetraciones y para soportar los puertos o cabezales. En algunas realizaciones, se usa una sola placa final para cada extremo del intercambiador 166, donde la placa final es más gruesa que las otras placas. En algunas realizaciones, se usan múltiples placas finales en cada extremo para proporcionar un grosor suficiente para soportar
o proporcionar los cabezales o puertos. En algunas realizaciones, el intercambiador de calor 166 puede comprender una pila que tiene entre 15 y 25 mm de alto.
En algunas realizaciones, la placa final superior 430 puede incluir una penetración de entrada de corriente de gas de síntesis 432 y una penetración de salida de corriente de gas de síntesis 431 para la entrada y salida de la corriente de temple del gas de síntesis. Cuando las diferentes placas están apiladas y unidas por difusión o unidas de otra forma para formar un intercambiador de calor, las penetraciones de entrada de la corriente de gas de síntesis 432 y las penetraciones de salida de la corriente de gas de síntesis 431 preferiblemente están alineadas con las penetraciones de entrada de la corriente de temple del gas de síntesis 422 y las penetraciones de salida de la corriente de temple del gas de síntesis 423 en las placas de la corriente de temple del gas de síntesis 420 y con las penetraciones de entrada y salida de la corriente de temple del gas de síntesis 414 y 415 en las placas de agua 410 para formar trayectorias o cámaras de acceso de flujo de entrada y salida para la corriente de temple del gas de síntesis. El apilado de las placas preferiblemente también coloca las trayectorias de flujo 411 y 421 muy cerca una de otra para facilitar la transferencia de calor entre las corrientes a través de las paredes de los canales independientes 414 y 424. Para aquellas placas y corrientes que no tienen penetraciones a través de las cuales acceden las trayectorias de flujo y canales de flujo, se pueden unir cabezales, tal como soldados, sobre los extremos de los canales individuales para facilitar el suministro y/o recolección de la corriente que fluye a través de los canales relevantes.
En algunas realizaciones, el intercambiador de calor 166 comprende de 1 a 15 celdas de intercambio de calor, tal como de 2 a 10, de 3 a 8, de 4 a 7, o de 5 a 7 celdas de intercambio de calor, comprendiendo cada celda de intercambio de calor una placa de agua 410 seguido de una placa de flujo de corriente de temple del gas de síntesis
420. En realizaciones preferidas para el reformado de aproximadamente 2 SCMH de gas natural usando gas residual de PSA o gas de cola como combustible, el intercambiador de calor 166 comprende al menos 4 celdas de intercambio de calor. En una realización preferida, el intercambiador de calor 166 comprende 4 celdas de intercambio de calor, comprendiendo cada celda de intercambio de calor una placa de agua 410 seguida de una placa de flujo de corriente de temple del gas de síntesis 420, y 4 placas finales para un total de 9 placas activas. El número de placas y celdas de intercambio de calor se puede modificar según las necesidades de producción, eficacia de intercambio de calor y otros parámetros.
La corriente de agua 108 puede entrar en el intercambiador de calor de temple 165 esencialmente a la temperatura y presión a la que sale del intercambiador de calor 164 y puede salir del intercambiador 165 como suministro de vapor del reformador 172 a una temperatura igual a la temperatura de vapor saturado, tal como 175ºC y 225ºC, entre 180ºC y 210ºC, entre 185°C y 205ºC , entre 190 y 205ºC o entre 195 y 200ºC y a una presión de entre 10 bara y 100 bara, tal como entre 10 bara y 90 bara, entre 10 bara y 75 bara, entre 10 bara y 60 bara, entre 10 bara y 50 bara, entre 10 bara y 40 bara, entre 10 bara y 30 bara, entre 10 bara y 20 bara, entre 10 bara y 18 bara, entre 11 bara y 17 bara, entre 12 bara y 16 bara, entre 13 bara y 15 bara o entre 13,5 bara y 14,5 bara.
La corriente de temple del gas de síntesis 170 puede entrar en el intercambiador de calor de temple 165 a una temperatura de entre 700ºC y 1000ºC, tal como entre 750ºC y 975ºC o entre 800ºC y 950ºC, entre 825°C y 925ºC o entre 850ºC y 900ºC y a una presión de entre 5 bara y 120 bara, tal como entre 10 bara y 100 bara, entre 10 bara y 80 bara, entre 10 bara y 60 bara, entre 10 bara y 50 bara, entre 10 bara y 40 bara, entre 10 bara y 30 bara, entre 10 bara y 20 bara, entre 10 bara y 18 bara, entre 11 bara y 17 bara, entre 12 bara y 16 bara, entre 13 bara y 15 bara o entre 13,5 bara y 14,5 bara y puede salir del intercambiador 165 a una temperatura de entre 180°C y 210ºC, tal como entre 185ºC y 205ºC , entre 190 y 205ºC o entre 195 y 200ºC y a una presión de entre 5 bara y 120 bara, tal como entre 10 bara y 100 bara, entre 10 bara y 80 bara, entre 10 bara y 60 bara, entre 10 bara y 50 bara, entre 10 bara y 40 bara, entre 10 bara y 30 bara, entre 10 bara y 20 bara, entre 10 bara y 18 bara, entre 11 bara y 17 bara,
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entre 12 bara y 16 bara, entre 13 bara y 15 bara o entre 13,5 bara y 14,5 bara. Preferiblemente, la caída de presión para la corriente de temple del gas de síntesis 170 a través del intercambiador 165 es menor que 0,10 bar, tal como menor que 0,075 bar o menor que 0,05 bar.
La corriente de agua 108 se calienta en el intercambiador de calor de temple 165 hasta que se convierte en vapor, momento en el que sale del intercambiador de calor de temple 165 a través de la salida de vapor 167 como suministro de vapor de reformado 172. El suministro de vapor de reformado 172 se puede combinar con la corriente de hidrocarburo gaseoso 102 después de que la corriente 102 salga del intercambiador de calor de recuperación de calor del gas de síntesis 110 para formar la corriente de hidrocarburo gaseoso/vapor 174. El suministro de vapor de reformado 172 y la corriente de hidrocarburo gaseoso 102 se puede unir de cualquier forma adecuada, tal como uniendo las corrientes para formar una sola corriente usando un conector en “Y” o en “T” o añadiendo una corriente a la otra corriente. Después de combinar las corrientes, la corriente de hidrocarburo gaseoso-vapor 174 se puede alimentar a la primera etapa de pre-reformado del módulo reformador 150. En algunas realizaciones, el suministro de vapor de reformado 172 puede incluir un regulador de contrapresión dentro de su trayectoria de flujo antes de unirse a la corriente de hidrocarburo gaseoso 102 para ayudar a proporcionar las condiciones de ebullición estables durante el arranque, cambios de capacidad y otros transitorios, evitando así subidas de agua líquida en el módulo reformador o falta de flujo de vapor al reformador que podría conducir a la carbonización en el reformador y/o prereformador. En algunas realizaciones, la corriente de hidrocarburo gaseoso-vapor también puede incluir una válvula de control dentro de su trayectoria de flujo antes de unirse con el suministro de corriente de reformado 172.
Después del templado en el intercambiador de calor de temple 165, la corriente de temple del gas de síntesis 170 puede salir del intercambiador de calor de temple 165 como corriente de gas de síntesis templada 171 y pasar a través de la válvula 185, que puede ser cualquier válvula adecuada para controlar o ajustar el suministro del gas de síntesis templado 171 al remezclador de gas de síntesis 188. Después de avanzar por la válvula 185, la corriente de gas de síntesis templada 171 se puede unir con la corriente de gas de síntesis 182 en el remezclador de gas de síntesis 188. La corriente de gas de síntesis 182 avanza desde el divisor de gas de síntesis 184 a través de la resistencia fijada 187, que puede ser un simple orificio o cualquier otro método de control de flujos de temperatura alta. En general, la corriente de gas de síntesis 182 está demasiado caliente para usar una válvula. Preferiblemente, la corriente de gas de síntesis 182 está a una temperatura de entre 700ºC y 1000ºC, tal como entre 750ºC y 975ºC o entre 800ºC y 950ºC, entre 825°C y 925ºC o entre 850ºC y 900ºC y a una presión de entre 5 bara y 120 bara, tal como entre 10 bara y 100 bara, entre 10 bara y 80 bara, entre 10 bara y 60 bara, entre 10 bara y 50 bara, entre 10 bara y 40 bara, entre 10 bara y 30 bara, entre 10 bara y 20 bara, entre 10 bara y 18 bara, entre 11 bara y 17 bara, entre 12 bara y 16 bara, entre 13 bara y 15 bara o entre 13,5 bara y 14,5 bara.
El remezclador de gas de síntesis 188 puede ser cualquier aparato adecuado para unir dos corrientes, tal como por unión de las corrientes para formar una sola corriente usando un conector en “Y” o en “T” o añadiendo una corriente a la otra corriente. Debido a la temperatura en la corriente de gas de síntesis 182 con respecto a la temperatura en la corriente de gas de síntesis templada 171, una parte de la corriente de gas de síntesis remezclada 189 y una parte de la corriente de gas de síntesis 182 pueden estar expuestas a condiciones de carburización catastrófica. Por consiguiente, una parte de la corriente de gas de síntesis 182 en el espacio de aproximadamente 5 diámetros de tubería del remezclador 188 y una parte de la corriente del gas de síntesis remezclada en el espacio de aproximadamente 5 diámetros de tubería del remezclador 188, preferiblemente se construyen de aleaciones resistentes a la carburización catastrófica y/o aleaciones que tienen un revestimiento resistente a la carburización catastrófica y/o se configuran para la reparación y/o retirada y sustitución fáciles.
Después de ser remezclado, la corriente de gas de síntesis remezclada 189 puede avanzar a un reactor de intercambio de agua-gas 186 opcional, donde se aumenta el hidrógeno adicional por la reacción de intercambio de agua-gas. Cuando se usa un reactor de intercambio de agua-gas, la temperatura de la corriente de gas de síntesis remezclada 189 preferiblemente es entre 250ºC y 350ºC, tal como entre 275ºC y 325ºC, entre 280ºC y 310ºC, entre 290ºC y 305ºC o entre 295ºC y 300ºC.
Después de salir del reactor de intercambio de agua-gas 186, la corriente de gas de síntesis 190 puede avanzar al intercambiador de calor de recuperación de calor del gas de síntesis 110 donde puede proporcionar calor para las corrientes de alimentación de reaccionantes, tal como la corriente de hidrocarburo gaseoso 102, corriente de combustible de gases de combustión 112, corriente de alimentación de combustible 105, corriente de alimentación de aire 107, corriente de aire de combustión 114 y corriente de agua 108 (cuando el intercambiador de calor 109 es parte del intercambiador de calor de recuperación de calor del gas de síntesis 110). La corriente de gas de síntesis 190 que sale del reactor de intercambio a alta temperatura puede tener una temperatura entre 250ºC y 450ºC, tal como entre 275ºC y 450ºC, entre 300ºC y 440ºC, entre 325ºC y 430ºC, entre 350ºC y 420ºC, entre 375ºC y 410ºC o entre 380ºC y 400ºC y una presión entre 10 bara y 100 bara, entre 10 bara y 80 bara, entre 10 bara y 60 bara, entre 10 bara y 50 bara, entre 10 bara y 40 bara, entre 10 bara y 30 bara, entre 10 bara y 20 bara, entre 10 bara y 18 bara, entre 11 bara y 17 bara, entre 12 bara y 16 bara, entre 13 bara y 15 bara o entre 13,5 bara y 14,5 bara.
Un ejemplo de una configuración alternativa para el aparato de reformado con vapor se muestra en la figura 5. Como se muestra, el aparato de reformado con vapor 500 es sustancialmente el mismo que el aparato 100 descrito con respecto a la figura 1A y/o figura 1B, con la excepción de que en el aparato de reformado con vapor 500, la corriente de combustible de gases de combustión 512 circunvala el intercambiador de calor de gas de síntesis 510 y se
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combina con la corriente de gases de combustión 160 justo antes de entrar en el precalentador de gases de combustión 175 para formar la corriente de gases de combustión rica en combustible 162. La corriente de combustible de gases de combustión 512 se puede combinar con la corriente de gases de combustión 160 en cualquier forma adecuada tal como uniendo las corrientes para formar una sola corriente usando un conector en “Y”
o en “T” o añadiendo una corriente a la otra corriente. Debido a que la corriente de combustible de gases de combustión 512 circunvala el intercambiador de calor de gas de síntesis 510, el intercambiador de calor de recuperación de calor del gas de síntesis 510 está configurado ligeramente diferente, teniendo solo 4 corrientes de alimentación de reaccionantes (corriente de alimentación de combustible 105, corriente de alimentación de aire 107, corriente de aire de combustión 114 y corriente de alimentación de hidrocarburo gaseoso 102), opcionalmente corriente de alimentación de agua 108 (cuando el intercambiador de calor 109 está incluido en el intercambiador de calor 510) y corriente de gas de síntesis 190 que fluye a través del mismo.
Un ejemplo de configuración de placas que pueden formar el intercambiador de calor de recuperación de calor del gas de síntesis 510 se muestra en las figuras 6A-C. En relación con las figuras 6A-C, en algunas realizaciones el intercambiador de calor de recuperación de calor del gas de síntesis 510 puede comprender un PCHE que está construido con una serie de placas que se pueden combinar en una pila y unir por difusión o unir de otra forma para proporcionar intercambio de calor entre las corrientes calientes y frías que entran. En general las trayectorias de flujo para cada una de las corrientes se pueden formar en las placas por grabado, molienda u otro procedimiento adecuado y se pueden configurar para proporcionar el intercambio de calor deseado, mientras que se limita la caída de presión para una o más corriente a través del intercambiador de calor. Preferiblemente, las corrientes que entran y salen del intercambiador 510 se mantienen en condiciones de temperatura, presión y composición que evitan o reducen las condiciones de carburización catastrófica dentro del intercambiador de calor. En la mayoría de los casos, las corrientes que entran y salen del intercambiador de calor 510 están por debajo de las temperaturas de carburización catastrófica. En general, el intercambiador de calor de recuperación de calor del gas de síntesis 510 es esencialmente el mismo que el intercambiador de calor de recuperación de calor del gas de síntesis 110 mostrado en las figuras 1 y 2A-C, con la excepción de que el intercambiador de calor de recuperación de calor del gas de síntesis 510 no calienta la corriente de combustible de gases de combustión 512. Por consiguiente, con este excepción pequeña, la construcción general del intercambiador de calor de recuperación de calor del gas de síntesis 510, las dimensiones adecuadas de las placas y canales, el grosor y los materiales de construcción para cada una de las placas y condiciones de procedimiento son sustancialmente los mismos que los descritos con respecto a las figuras 2A-C.
En relación con las figuras 6A-C, en algunas realizaciones, el intercambiador de calor de recuperación de calor del gas de síntesis 510 puede comprender una o más placas de unión 610, una o más placas de alimentación de reaccionantes 625 y una o más placas de gas de síntesis 650. En la realización mostrada en las figuras 6A-C, las placas, cuando están adecuadamente apiladas y forman un intercambiador de calor, formarán el intercambiador de calor de recuperación de calor del gas de síntesis 510 que incluye el intercambiador de calor 109 (véase la figura 5). La figura 6A muestra una placa de unión 610 que tiene una trayectoria de flujo de gas de síntesis 611 que comprende canales de flujo independientes 612 que conectan entradas del gas de síntesis 613 con salidas del gas de síntesis 614. Aunque la figura 6A muestra la trayectoria de flujo del gas de síntesis 611 como una trayectoria de flujo de múltiples pasos, la trayectoria de flujo 611 puede comprender también una trayectoria de flujo directa en contraflujo, flujo paralelo flujo cruzado o de un solo paso, que comprende uno o múltiples canales independientes
612. En algunas realizaciones, la trayectoria de flujo del gas de síntesis 611 puede comprender más de un paso, comprendiendo cada paso una sola inversión en la dirección del flujo, tal como de 2 a 100 pasos, de 5 a 75 pasos, de 10 a 60 pasos, de 15 a 50 pasos o de 20 a 40 pasos. Preferiblemente, la trayectoria de flujo del gas de síntesis 611 comprende una trayectoria de flujo de múltiples pasos que tiene 5 pasos o más, 10 pasos o más, 15 pasos o más, 20 pasos o más, 25 pasos o más o 30 pasos o más, donde los pasos son en flujo cruzado durante el intercambio de calor, pero el gas de síntesis fluye en una dirección en general de flujo cruzado o contraflujo con respecto a los flujos en la placa de alimentación de reaccionante 260. La placa de unión 610 también incluye penetraciones de corriente de aire 615, penetración de corriente de aire de combustión 616, penetración de corriente de combustible 617, penetración de mezcla de combustible/aire 661, penetraciones de corriente de hidrocarburo gaseoso 618, penetraciones de corriente de agua 619 y penetraciones de corriente de gas de síntesis 620. La placa de unión 610 asegura que todas las placas de alimentación de reaccionante 625 tienen placas de corriente calientes en ambos lados sea una placa de unión 610 o una placa de gas de síntesis 650 y sirven de ayuda para equilibrar las cargas de calor y el flujo de calor a través de las pilas. La placa de unión 610 puede tener más de un canal de flujo
612.
En relación con la figura 6B, la placa de gas de síntesis 650 incluye entradas de gas de síntesis 651, salidas de gas de síntesis 652 y trayectoria del flujo de gas de síntesis 653. La trayectoria del flujo de gas de síntesis 653 puede comprender uno o múltiples canales de flujo independientes de gas de síntesis 654. Aunque se muestra un número específico de canales de flujo independientes de gas de síntesis 654, debe entenderse que la trayectoria del flujo de gas de síntesis 653 puede comprender cualquier número adecuado de canales de flujo independientes configurados de forma adecuada según las necesidades del sistema.
Aunque a figura 6B muestra la trayectoria del flujo de gas de síntesis 653 como que tiene un número específicos de pasos, en algunas realizaciones, la trayectoria del flujo de gas de síntesis 653 puede comprender más de un paso, comprendiendo cada paso una sola inversión en la dirección del flujo, tal como de 2 a 100 pasos, de 5 a 75 pasos,
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de 10 a 60 pasos, de 15 a 50 pasos o de 20 a 40 pasos. Preferiblemente, la trayectoria del flujo de gas de síntesis 653 comprende una trayectoria de flujo de múltiples pasos que tiene 5 pasos o más, 10 pasos o más, 15 pasos o más, 20 pasos o más, 25 pasos o más o 30 pasos o más, donde los pasos son en flujo cruzado durante el intercambio de calor, pero el gas de síntesis fluye en una dirección en general de flujo cruzado o contraflujo con respecto a los flujos de la placa de alimentación de reaccionante 525. La placa de gas de síntesis 650 también tiene penetraciones de corriente de aire 655, penetración de corriente de aire de combustión 656, penetración de corriente de combustible 657, penetración de mezcla de combustible/aire 663, penetraciones de corriente de hidrocarburo gaseoso 658, penetraciones de corriente de agua 659 y penetraciones de corriente de gas de síntesis 660.
En relación con la figura 6C, la placa de alimentación de reaccionante 625 tiene penetraciones de corriente de aire 621, penetración de corriente de aire de combustión 622, penetración de corriente de combustible 623, penetración de mezcla de combustible/aire 662, penetraciones de corriente de hidrocarburo gaseoso 624, penetraciones de corriente de agua 626 y penetraciones de corriente de gas de síntesis 646. La placa de alimentación de reaccionante 625 incluye una trayectoria de flujo de aire 627 con entradas de aire 628 y salidas de aire 629, trayectoria de flujo de aire de combustión 630 con entradas de aire de combustión 631, trayectoria de flujo de combustible 632 con entradas de combustible 633 y salidas de mezcla de combustible/aire 634 y trayectoria de flujo de hidrocarburo gaseoso 635 con entradas de hidrocarburo gaseoso 636 y salidas de hidrocarburo gaseoso 637. Cada una de las trayectorias de flujo 627, 630, 632 y 635 puede comprender uno o múltiples canales de flujo independientes 638, 639, 640 y 641, respectivamente. En general, cada uno de los canales de flujo independientes 638, 639, 640 y 641 y surcos adyacentes pueden tener el tamaño para proporcionan contención segura de la presión y una combinación barata de capacidad de transferencia de calor y caída de presión. Aunque se muestra un número específicos de canales de flujo independientes 638, 639, 640 y 641 en la figura 6, debe entenderse que cada una de las trayectorias de flujo 627, 630, 632 y 635 puede comprender cualquier número de canales de flujo independientes configurados de forma adecuada según las necesidades individuales del sistema.
Aunque la figura 6C muestra cada una de las trayectorias de flujo 627, 630, 632 y 635 como de flujo cruzado y/o de un solo paso, en algunas realizaciones, una o más de las trayectorias de flujo 627, 630, 632 y 635 puede comprender múltiples pasos, tales como de 2 a 20 pasos, de 2 a 10 pasos o de 2 a 5 pasos. Preferiblemente, las trayectorias de flujo 627, 630, 632 y 635 son trayectorias de flujo cruzado y/o de un solo paso. En la figura 6C, la trayectoria de flujo de aire de combustión 630 se configura para proporcionar el mezclamiento de la corriente de aire de combustión 114 de la figura 5, con la corriente de alimentación de combustible 105 dentro del intercambiador 510, dirigiendo el aire que fluye a través de la trayectoria de flujo 630 y el combustible que fluye en la trayectoria de flujo 632 a la misma penetración, penetración de mezcla de combustible/aire 662. Cuando está configurado de esta forma, no hay una unión separada de estas corrientes corriente abajo del intercambiador de calor de recuperación de calor del gas de síntesis 510 como se representa en la figura 5.
La placa de alimentación de reaccionante 625 también incluye una trayectoria de flujo de corriente de agua 642 que conecta las entradas de corriente de agua 643 y las salidas de corriente de agua 644 como se muestra en la parte izquierda posterior de la placa de alimentación de reaccionantes 625 en la figura 6C. La trayectoria de flujo de corriente de agua 642 puede comprender uno o múltiples canales de flujo independientes 645. Esta parte de la placa de alimentación de reaccionante 625, cuando forma un intercambiador de calor corresponde a las corrientes de flujo de agua para el intercambiador de calor 109 como se indica en la figura 5. Los canales de flujo 645 pueden tener el tamaño para proporcionar suministro de agua adecuado a la presión y temperatura deseadas al resto del sistema reformador 500. Aunque se muestra un canal de flujo independiente 645 en la figura 6C, debe entenderse que la trayectoria de flujo 642 puede comprender cualquier número adecuado de canales de flujo independientes configurados de forma adecuada para las necesidades individuales del sistema.
Aunque a figura 6C muestra la trayectoria del flujo 642 configurada como una trayectoria de flujo en contraflujo de múltiples bucles o múltiples pasos, también puede ser de flujo cruzado, flujo paralelo y/o de un solo paso. En algunas realizaciones, la trayectoria de flujo 642 puede comprender más de un paso, comprendiendo cada paso una sola inversión en la dirección del flujo, tal como de 2 a 100 pasos, de 5 a 75 pasos, de 10 a 60 pasos, de 15 a 50 pasos o de 20 a 40 pasos. Preferiblemente, la trayectoria del flujo de la corriente de agua 642 comprende una trayectoria de flujo de múltiples pasos que tiene 5 pasos o más, 10 pasos o más, 15 pasos o más, 20 pasos o más, 25 pasos o más o 30 pasos o más, donde los pasos son en flujo cruzado durante el intercambio de calor, pero el agua fluye en una dirección en general de flujo cruzado o contraflujo con respecto al flujo del gas de síntesis en la placa del gas de síntesis 650.
Cuando están apiladas y unidas por difusión o unidas de otra forma para formar un intercambiador de calor, las diferentes placas de unión 610, placas de alimentación de reaccionantes 625 y placas de gas de síntesis 650, preferiblemente están alineadas de modo que las diferentes penetraciones de corriente de aire 615, 621 y 655, las penetraciones de la corriente de aire de combustión 616, 622 y 656, las penetraciones de la corriente de combustible 617, 623 y 657, penetraciones de mezcla de combustible/aire 661, 662 y 663, penetraciones de corriente de hidrocarburo gaseoso 618, 624 y 658, penetraciones de corriente de agua 619, 626 y 659 y penetraciones de corriente de gas de síntesis 620, 627 y 660 forman trayectorias o cámaras de acceso de flujo para la conexión de las diferentes corrientes a las entradas y salidas adecuadas para las diferentes trayectorias de flujo. Las placas se pueden apilar en orden como se ha descrito con respecto a la figura 2 y pueden comprender el mismo número de celdas y configuraciones descritas con respecto a la figura 2. Además de alinear las diferentes penetraciones, el
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apilado de las placas preferiblemente pone los canales independientes 638, 639, 640 y 641 que componen las trayectorias de flujo 627, 630, 632 y 635 muy cerca de los canales independientes 612 y 654 que componen las trayectorias de flujo 611 y 653 para facilitar la transferencia de calor entre las corrientes relevantes a través de las paredes de los respectivos canales independientes.
Un ejemplo de otra configuración alternativa para el aparato de reformado con vapor se muestra en la figura 7. Como se muestra, el aparato de reformado con vapor 700 es sustancialmente el mismo aparato 100 descrito con respecto a la figura 1A y/o figura 1B, con las excepciones de que en el aparato de reformado con vapor 700, la corriente de gases de combustión 160 no se precalienta antes de entrar en el intercambiador de calor 164. Por consiguiente, con respecto a la figura 1A, la corriente de alimentación de combustible 104 no se divide, no hay corriente de combustible de gases de combustión 114 y también se ha eliminado el precalentador de los gases de combustión 175. Como resultado, el intercambiador de calor de recuperación de calor del gas de síntesis 710 se puede configurar como se ha descrito antes con respecto a las figuras 6A-C. La configuración en la figura 7 está prevista para situaciones donde el reformador se hace trabajar a temperaturas elevadas con respeto al sistema de la figura 1A. En dichas situaciones, la corriente de gas de síntesis 180 y la corriente de gases de combustión 160 salen de las etapas de reformado a temperaturas cercanas a 1000ºC. A esta alta temperatura, el vapor adicional generado con la ayuda de la cámara de combustión 175 de las figuras 1A o 5, no es necesario, ya que el reformado a mayor temperatura proporciona mayor conversión del metano, para una relación dada de vapor a carbono, y el calor adicional recuperado de la corriente de gas de síntesis 180 y la corriente de gases de combustión 160 es suficiente para generar el vapor necesario para el reformado a la temperatura elevada.
En relación con las figuras 1A, 5 y 7, cada uno de los aparatos de reformado 100, 500 y 700, incluye un módulo reformador 150. El módulo reformador 150 reforma la corriente de hidrocarburo gaseoso-vapor 174 para formar la corriente de gas de síntesis 180 y la corriente de gases de combustión 160. Durante el procedimiento de reformado, la corriente de combustible de reformado 124 se combustiona en presencia de la corriente de aire de reformado 126 para proporcionar calor adicional al procedimiento de reformado. Un ejemplo de una realización de un módulo reformador 150 se muestra en la figura 8. Como se muestra en la figura 8, en algunas realizaciones, el módulo reformador 150 puede comprender un pre-reformador 800 y un reformador 820. El pre-reformador 800 puede comprender múltiples etapas 801, 802 y 803 de intercambio de calor entre la corriente de hidrocarburo gaseosovapor 174 y la corriente de gases de combustión 160 en los intercambiadores de calor 804, 805 y 806, seguido de reformado catalítico parcial de la corriente de hidrocarburo gaseoso-vapor 174 en las cámaras o lechos de reformado catalítico 807, 808 y 809. Aunque la realización en la figura 8 muestra tres etapas de pre-reformado 801803, el número de etapas de pre-reformado se puede variar de 1 a 10, dependiendo de los requisitos del sistema. Preferiblemente, las condiciones de carburización catastrófica y carbonización se evitan a lo largo de las etapas de pre-reformado. Durante la operación, el pre-reformador 800 incluye múltiples iteraciones o etapas de calentamiento de la corriente de hidrocarburo gaseoso-vapor 174 recuperando el calor de la corriente de gases de combustión 160, seguido de reformado catalítico parcial de la corriente de hidrocarburo gaseoso-vapor calentada.
En algunas realizaciones, el pre-reformador 800 comprende un PCR que está construido a partir de una serie de placas como se muestran en las figuras 9A-E que se han apilado y unido por difusión o unido de otra forma para formar un PCR. Dicho PCR se puede configurar de forma similar a un PCHE, con cámaras o lechos de catalizador proporcionadas de forma intermitente en la trayectoria de flujo de la corriente de hidrocarburo gaseoso-vapor 174 de modo que la corriente puede alternativamente ser calentada por la corriente de gases de combustión 160 y después parcialmente reformada catalíticamente. El PCR se puede construir a partir de una serie de placas que se pueden combinar en una pila y unir por difusión entre sí, para proporcionar intercambio de calor entre las corrientes calientes y frías, poniendo los canales que forman las trayectorias de flujo muy cerca unos de otros, y proporcionar reformado catalítico de la corriente de hidrocarburo gaseoso-vapor 174. El apilado puede incluir el apilado de las placas finales, placas de unión y configuraciones específicas de las palcas de hidrocarburo gaseoso-vapor y gases de combustión, de acuerdo con la transferencia de calor deseada. En general, las trayectorias de flujo para cada una de las corrientes pueden formarse como canales en las placas por grabado, molienda u otro procedimiento adecuado y se pueden configurar para proporcionar el intercambio de calor deseado, mientras que se limita la caída de presión para una o más corriente a través del PCR. Los canales en cada placa se pueden configurar para la transferencia de calor de un solo paso o múltiples pasos entre las corrientes, y se puede configurar para operar en flujo paralelo, flujo cruzado o contraflujo. En algunas realizaciones, las placas para una de las corrientes se pueden configurar para múltiples pasos, mientras que las placas para la otra corriente se configuran para pasos únicos. Preferiblemente, las corrientes que entran y salen del PCR se mantienen en condiciones de temperatura, presión y composición que evitan o reducen las condiciones de carburización catastrófica dentro del PCR. La realización mostrada en las figuras 9A-E comprende tres etapas de pre-reformado.
En relación con las figuras 9A-E, en algunas realizaciones, el PCR puede comprender una o más placas de unión 910, una o más placas de gases de combustión 920, una más placas de hidrocarburo gaseoso-vapor 950, una o más placas finales superiores 970 y una o más placas finales inferiores 980. Para aquellas placas y corrientes que no tienen penetraciones a través de las cuales acceden las trayectorias de flujo y canales de flujo, se pueden unir cabezales, tal como soldados, sobre los extremos de los canales individuales al final de las placas apiladas, para facilitar el suministro y/o recolección de la corriente que fluye a través de los canales relevantes. En algunas realizaciones, dichos cabezales pueden comprender una parte de tubería o tubo que se ha abierto por un lado para proporcionar flujo de los canales individuales directamente en la tubería o tubo. Las figuras 9A-E incluyen cada una
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cortes aislantes A y la figura 9C incluye también penetraciones aislantes B. Los cortes aislantes A se extienden la altura entera de la pila del PCR cuando las placas están apiladas y forman un PCR, y sirven para controlar el flujo de calor y prevenir el flujo de calor indeseable desde las partes calientes de corrientes en una placa a las partes frías de las mismas corrientes en la misma placa por conducción a lo largo de las placas, proporcionando una región de transferencia de calor reducida entre las corrientes. Las penetraciones de aislamiento 9B sirven para el mismo propósito pero solo están presentes en las placas de hidrocarburo gaseoso-vapor 950 y no se extienden por toda la altura de la pila.
La figura 9A muestra placas de unión 910 que tienen una trayectoria de flujo de gases de combustión 911 que comprende múltiples canales de flujo independientes 912 que conectan entradas de gases de combustión 913 con salidas de gases de combustión 914. La placa de unión 910 también incluye penetraciones de cámaras o lechos de reformado 915, 916 y 917 y penetración de corriente de hidrocarburo gaseoso 918. La placa de unión 910 sirve de ayuda para equilibrar las cargas de calor y flujo de calor a lo largo de la pila cuando está en forma de un intercambiador de calor.
En relación con la figura 9B, la placa de gases de combustión 920 incluye penetraciones de cámaras o lechos de reformado 921, 922 y 923 y penetración de corriente de hidrocarburo gaseoso 924. La placa de gases de combustión 920 también incluye trayectoria de flujo de gases de combustión 927 con entradas de gases de combustión 926 y salidas de gases de combustión 925. La trayectoria de flujo 927 puede comprender uno o múltiples canales de flujo independientes 928. Aunque se muestra un número específico de canales de flujo independientes 928 en la figura 9B, debe entenderse que la trayectoria del flujo 927 puede comprender cualquier número adecuado de canales de flujo independientes configurados de forma adecuada según las necesidades del sistema. Además, aunque la figura 9B muestra la trayectoria de flujo 927 como que es de flujo cruzado o de un solo paso, en algunas realizaciones, la trayectoria de flujo 927 puede comprender múltiples pasos, tal como de 2 a 20 pasos, de 2 a 10 paso, o de 2 a 5 pasos. Preferiblemente, la trayectoria de flujo 925 es una trayectoria de flujo de flujo cruzado o de un solo paso.
En relación con la figura 9C, la placa de hidrocarburo gaseoso-vapor 950 incluye penetraciones de cámaras o lechos de reformado 951, 952 y 953 y penetraciones de corriente de hidrocarburo gaseosos 954. La placa de hidrocarburo gaseoso-vapor 950 incluye trayectoria de flujo de hidrocarburo gaseoso-vapor 955 con entradas de hidrocarburo gaseoso-vapor 956 y salidas de corriente del reformador 957. La trayectoria de flujo 955 comprende uno o múltiples canales de flujo independientes 958. Aunque se muestra un número específicos de canales de flujo independientes 958 en la figura 9C, debe entenderse que la trayectoria de flujo 955 puede comprender cualquier número adecuado de canales de flujo independientes configurados de forma adecuada según las necesidades individuales del sistema. Además, aunque la figura 9C muestra la trayectoria de flujo 955 como que es una combinación de múltiples pasos de flujo cruzado o un solo paso de flujo cruzado, en algunas realizaciones, la trayectoria de flujo 955 puede comprender múltiples pasos de flujo, tal como 2 a 20 pasos, de 2 a 10 paso, o de 2 a 5 pasos, y en otras realizaciones, la trayectoria de flujo 955 puede comprender flujo cruzado, flujo paralelo o contraflujo de un solo paso. Preferiblemente, la trayectoria de flujo 955 es una combinación de flujo cruzado de múltiples pasos y flujo cruzado de un solo paso durante el intercambio de calor, mientras que fluye en una dirección en general en contraflujo o de flujo cruzado con respecto a la corriente de gases de combustión 160. En algunas realizaciones, la trayectoria de flujo 955 comprende flujo cruzado de múltiples pasos entre la entrada 956 y la primera penetración de cámara o lecho de reformado 951, mientras que fluye en una dirección en general en contraflujo y flujo cruzado de un solo paso entre la primera y la segunda cámaras de combustión y la segunda y la tercera cámaras de combustión, mientras que todavía fluye en una dirección en general en contraflujo.
En algunas realizaciones la figura 9C también incluye canales de hidrocarburo gaseoso-vapor 960 y canales de corriente del reformador 961. El canal de hidrocarburo gaseoso-vapor 960 puede servir para alimentar la corriente de hidrocarburo gaseoso-vapor 174 en el pre-reformador 800 y las penetraciones de hidrocarburo gaseoso-vapor 954 y se puede suministrar por un cabezal que puede estar soldado o conectado sobre los extremos de los canales individuales a través de las placas que componen el PCR. Las penetraciones de hidrocarburo gaseoso-vapor 954, junto con las penetraciones de corriente de hidrocarburo gaseoso-vapor en las otras placas pueden formar una cámara que puede ser una cámara vacía o que puede contener opcionalmente catalizador para promover el reformado adicional del hidrocarburo gaseoso-vapor en el pre-reformador 800. En algunas realizaciones, tales como realizaciones donde los canales 960 no están incluidos, la cámara formada a partir de las penetraciones de corriente de hidrocarburo gaseoso-vapor pueden servir como la entrada para la corriente de hidrocarburo gaseoso-vapor 174 en el pre-reformador 800 alimentando la corriente a través de un puerto unido a una placa final que proporciona acceso a la cámara. Igualmente, los canales de corriente del reformador 961 pueden servir para recoger la corriente del reformador 811 que fluye en las placas individuales del pre-reformador 800 cuando la corriente 174 completa su pre-reformado en la cámara formada por las penetraciones de cámaras o lechos de reformado 917, 923 y 953 y las placas finales para la alimentación al reformador 820. Los canales 961 pueden alimentar la corriente en un cabezal que puede estar soldado o conectado de otra forma al pre-reformador en los extremos de los canales individuales a lo largo de la pila de placas que forman el PCR. Los canales 960 y 961 pueden estar configurados y tener un tamaño igual o diferente de los canales 958 y puede haber el mismo o un número diferente de canales 960 y 961 comparado con los canales 958. En general, los canales 960 y 961 pueden tener independientemente los tamaños descritos en la tabla 1.
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En relación con la figura 9D, la placa final superior 970 puede tener una placa en blanco o una placa sin circuito de trayectoria de flujo y puede estar aislada para potenciar la transferencia de calor y limitar la pérdida de calor. En algunas realizaciones, la placa final superior 970 puede incluir entradas y salidas o puertos para la entrada y salida de diferentes corrientes. En algunas realizaciones, se pueden usar múltiples placas finales superiores en cada extremo. En algunas realizaciones, se usa una sola placa final superior 970. En otras realizaciones, se pueden usar múltiples placas finales superiores para proporcionar un grosor suficiente para los cabezales o puertos. De forma similar, en relación con la figura 9E, la placa final inferior 980 puede ser una placa en blanco o placas sin circuito de trayectoria de flujo y puede estar aislada para potenciar la transferencia de calor y limitar la pérdida de calor. En algunas realizaciones, la placa final inferior 980 puede incluir entradas y salidas o puertos para la entrada y salida de diferentes corrientes, tales como la penetración 984 así como el acceso a las cámaras de catalizador por los puertos de acceso 981, 982 y 983 formados cuando se apilan las placas individuales. En algunas realizaciones, la placa final inferior 980 puede no incluir la penetración 984. En algunas realizaciones, se pueden usar múltiples placas finales inferiores. En algunas realizaciones, se usa una sola placa final inferior 980. En otras realizaciones, se pueden usar múltiples placas finales inferiores para proporcionar un grosor suficiente para los cabezales o puertos. En algunas realizaciones, las placas finales pueden proporcionar una pared contra la placa de unión adyacente a la placa final superior, que sirve como cubierta para las penetraciones y conexión de soporte a las corrientes relevantes al PCR 900, tal como puertos y cabezales. Por consiguiente, las placas finales deben tener un grosor suficiente para acomodar las presiones en cada una de las penetraciones y para soportar los puertos y cabezales.
Cuando están apiladas y unidas por difusión o unidas de otra forma para formar un PCR, las diferentes placas de unión 910, placas de gases de combustión 920 y placas de hidrocarburo gaseoso-vapor 950 preferiblemente se alinean de modo que cada una de las diferentes penetraciones de cámaras o lechos de reformado 915, 921 y 951, 916, 922 y 952, y 917, 923 y 953 están alineadas para formar cámaras de reformado o lechos de reformado, tales como las cámaras o lechos de reformado 807, 808 y 809. Las cámaras o lechos de reformado se pueden cargar con catalizador estructurado o no estructurado y la reacción de reformado se puede catalizar usando cualquier catalizador adecuado. Además, las diferentes placas preferiblemente están alineadas de modo que las penetraciones de hidrocarburo gaseoso-vapor 918, 924, 954 y 984 forman una trayectoria o cámara de acceso de flujo para la corriente de hidrocarburo gaseoso-vapor.
Además de alinear las penetraciones de cámaras o lechos de reformado, el apilado de las placas preferiblemente pone las trayectorias de flujo 911, 925 y 955 muy cerca unas de otras para facilitar la transferencia de calor entre las corrientes relevantes a través de las paredes de los canales independientes 912, 928 y 958. En algunas realizaciones, esta transferencia de calor está representada en la figura 8 como los intercambiadores de calor 804, 805 y 806.
En algunas realizaciones, las placas se pueden apilar y unir por difusión o unir de otra forma en cualquier orden adecuado para formar un PCR. En algunas realizaciones, las placas se pueden apilar en el siguiente orden: al menos una placa final superior 970, una placa de unión 910, múltiples celdas de pre-reformado, comprendiendo cada celda de pre-reformado una placa de gases de combustión 920 y una placa de hidrocarburo gaseoso 950, seguida de una placa más de gases de combustión 920, otra placa de unión 910 y una placa final inferior 980. Por consiguiente, el orden de las placas del reactor de circuito impreso en una pila dada puede tener el siguiente patrón para las placas activas (placa de unión 910 = B, placa de gases de combustión 920 = F, placa de hidrocarburo gaseoso 950 = G): B F G F G F G . . . F G F G F B. Se muestra una vista en perspectiva de la placa de gases de combustión 920 y una placa de hidrocarburo gaseoso 950, es decir una celda de pre-reformado, en la figura 10. Las placas finales pueden ser placas en blanco sin circuito de trayectoria de flujo y pueden estar aisladas para potenciar la transferencia de calor y limitar la pérdida de calor. Las placas finales pueden servir como cubiertas para las cámaras y trayectorias de acceso de flujo formadas por alineamiento de las penetraciones y conexión de soporte de las corrientes relevantes para el PCR, tal como mediante puertos o cabezales en conexión fluida con las cámaras y trayectorias de flujo. Por consiguiente, las placas finales deben ser suficientemente gruesas para acomodar las presiones en cada una de las penetraciones y soportar los puertos o cabezales. En algunas realizaciones, se usa una sola placa final para cada extremo del PCR, donde la placa final es más gruesa que las otras placas. En otras realizaciones, se pueden usar múltiples placas finales en cada extremo para proporcionar suficiente grosor para soportar o proporcionar los cabezales o puertos.
En una realización específica para el reformado de 2SCMH de gas natural usando gas residual de PSA como combustible, el PCR comprende 3 placas finales superiores, seguido de una placa de unión 910 seguido de 11 celdas de reformado seguido de una placa de gases de combustión 920, seguido de una placa de unión 910 y 3 placas finales inferiores. Esta configuración da como resultado un pre-reformador apilado 800 que tiene 49,6 mm de alto cuando se usan placas que tienen un grosor de 1,60 mm. Preferiblemente, el PCR que compone el prereformador 800 está construido con materiales adecuados para aguantar las presiones y temperaturas a las que está expuesto el pre-reformador 800. En algunas realizaciones, el PCR y por lo tanto el pre-reformador 800 puede estar construido de aleación 800H o aleación 617.
Las placas individuales que componen el PCR pueden tener independientemente los grosores descritos en la tabla
1. En algunas realizaciones, cada uno de los canales de flujo independientes 912, 928 y 958 puede comprender independientemente un corte transversal en general semicircular y puede tener una anchura de aproximadamente 1,99 mm, una profundidad de aproximadamente 1,1 mm y surcos de aproximadamente 0,5 mm.
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En algunas realizaciones, el PCR puede funcionar como sigue: la corriente de hidrocarburo gaseoso-vapor 174 puede entrar en la primera etapa de reformado 801 a través de la entrada de hidrocarburo gaseoso-vapor 956 y la trayectoria o cámara de acceso de flujo formada por los alineamientos de las penetraciones de hidrocarburo gaseoso-vapor 918, 924, 954 y 984 y placas finales 970 y 980, y a la trayectoria de flujo del hidrocarburo gaseosovapor 955 en las placas de hidrocarburo gaseoso-vapor 950. El hidrocarburo gaseoso-vapor fluye a través de la entrada de hidrocarburo gaseoso-vapor 956 a los canales de flujo independientes 958 en las placas de hidrocarburo gaseoso-vapor 950 donde la corriente es calentada por los gases de combustión que han entrado en el PCR en las placas de gases de combustión 920 y placas de unión 910 y fluye en canales de flujo independientes 928 y 912 de trayectorias de flujo 925 y 911 respectivamente. En la realización en las figuras 9A-E, durante la primera etapa de intercambio de calor, los canales de flujo independientes 958 forman una trayectoria de flujo 955 que tiene múltiples pasos y está en flujo cruzado durante el intercambio de calor con respecto a los gases de combustión que fluyen en las trayectoria de flujo de un solo paso 927 y 911.
Después de la primera etapa de calentamiento, el hidrocarburo gaseoso-vapor que fluye en los canales 958 se dirige a la cámara o lecho de reformado 807 formado por el alineamiento de las penetraciones de reformado 915, 921 y 951 y las placas finales y es reformada catalíticamente de forma parcial. Esta corriente parcialmente reformada entra después en la segunda etapa de pre-reformado 802 donde es calentada por la corriente de gases de combustión
160. En esta segunda etapa de calentamiento, los canales de flujo independientes 958 forman una trayectoria de flujo 955 que es una trayectoria de flujo de un solo paso que fluye en flujo cruzado con respecto a los gases de combustión que fluyen en las trayectorias de flujo de un solo paso 927 y 911.
Después de la segunda etapa de calentamiento, la corriente parcialmente reformada que fluye en los canales 958 se dirige a la cámara o lecho de reformado 808 formada por el alineamiento de las penetraciones de reformado 916, 922 y 952 y las placas finales y es reformada catalíticamente de forma parcial. La corriente parcialmente reformada resultante entra después en la tercera etapa de pre-reformado 803 donde es calentada por la corriente de gases de combustión 160. En esta tercera etapa de calentamiento, los canales de flujo independientes 958 forman una trayectoria de flujo 955 que es una trayectoria de flujo de un solo paso que fluye en flujo cruzado con respecto a los gases de combustión que fluyen en las trayectorias de flujo de un solo paso 925 y 911.
Después de la tercera etapa de calentamiento, la corriente parcialmente reformada que fluye en los canales 958 se dirige a la cámara o lecho de reformado 809 formada por el alineamiento de las penetraciones de reformado 917, 923 y 953 y las placas finales y es reformada catalíticamente de forma parcial. La corriente que sale de la cámara o lecho de reformado 809 sale del pre-reformador 800 como corriente del reformador 811 y avanza a la primera etapa de reformado en el reformador 820. La corriente de gases de combustión 160 sale del pre-reformador 800 y opcionalmente es recalentada en una cámara de combustión 175 antes de proporcionar calor adicional a la corriente de agua 108 en el intercambiador de calor 164 antes de salir del sistema reformador 100.
En algunas realizaciones, la corriente de hidrocarburo gaseoso-vapor 174 entra en el pre-reformador 800 a una temperatura justo por debajo de la temperatura de saturación de vapor tal como entre 200ºC y 270ºC, entre 210ºC y 260ºC, entre 215ºC y 250ºC, entre 220ºC y 240ºC o entre 225ºC y 240ºC y a una presión de entre 10 bara y 100 bara, tal como entre 10 bara y 90 bara, entre 10 bara y 75 bara, entre 10 bara y 60 bara, entre 10 bara y 50 bara, entre 10 bara y 40 bara, entre 10 bara y 30 bara, entre 10 bara y 20 bara, entre 10 bara y 18 bara, entre 11 bara y 17 bara, entre 12 bara y 16 bara, entre 13 bara y 15 bara o entre 13,5 bara y 14,5 bara, y puede salir del pre-reformador 800 como una corriente del reformador 811 a una temperatura de entre 500ºC y 700ºC, tal como entre 510ºC y 675ºC, entre 520ºC y 650ºC, entre 530ºC y 625ºC, entre 550ºC y 600ºC o entre 560ºC y 590ºC y a una presión de entre 10 bara y 100 bara, tal como entre 10 bara y 90 bara, entre 10 bara y 75 bara, entre 10 bara y 60 bara, entre 10 bara y 50 bara, entre 10 bara y 40 bara, entre 10 bara y 30 bara, entre 10 bara y 20 bara, entre 10 bara y 18 bara, entre 11 bara y 17 bara, entre 12 bara y 16 bara, entre 13 bara y 15 bara o entre 13,5 bara y 14,5 bara.
La corriente de gases de combustión 160 puede entrar en el pre-reformador 800 a una temperatura de entre 700ºC y 1050ºC, tal como entre 750ºC y 1000ºC, entre 800ºC y 950ºC, entre 825ºC y 925ºC, entre 850ºC y 900ºC y a una presión menor que 1 barg, tal como menor que 0,75 barg, menor que 0,50 barg, menor que 0,40 barg, menor que 0,30 barg, menor que 0,20 barg, menor que 0,15 barg, menor que 0,10 barg, menor que 0,075 barg, o menor que 0,05 barg, y puede salir del pre-reformador 800 a una temperatura de entre 500ºC y 650ºC, tal como entre 510ºC y 625ºC, entre 520ºC y 600ºC o entre 530ºC y 575ºC y a una presión menor que 1 barg, tal como menor que 0,75 barg, menor que 0,50 barg, menor que 0,40 barg, menor que 0,30 barg, menor que 0,20 barg, menor que 0,15 barg, menor que 0,10 barg, menor que 0,075 barg, o menor que 0,05 barg.
En relación con la figura 8, después de salir del pre-reformador 800, la corriente del reformador 811 entra en el reformador 820. Como se muestra en la figura 8, el reformador 820 comprende múltiples etapas de reformado, tales como 821, 822, 823, 824 y 825 y etapas representadas por el corte 880 que se pretende que represente cualquier número adecuado de etapas configuradas esencialmente igual que las etapas 821-825 descritas a continuación, incluyendo cada etapa intercambio de calor desde la corriente de aire del reformador 126 a la corriente del reformador 811 en los intercambiadores de calor 831, 832, 833, 834 y 835 seguido de reformado catalítico de la corriente del reformador 811 en los reformadores 841, 842, 843, 844 y 845 y recalentamiento de la corriente de aire del reformador 126 por combustión catalítica de una parte de la corriente de combustible del reformador 124 en las cámaras de combustión 851, 852, 853 y 855. La corriente de combustible del reformador 124 se puede suministrar
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en paralelo a las etapas individuales por una red de distribución de combustible que comprende el reformado de la corriente de combustible 124 y reformado de las corrientes de combustible de la etapa de reformado 861, 862, 863 y
865. Aunque la figura 8 muestra cinco etapas completas 821, 822, 823, 824 y 825, debe entenderse que se puede usar cualquier número adecuado de etapas de reformado, tal como 1-40 etapas de reformado, tal como de 2 a 35 etapas, de 3 a 30 etapas, de 5 a 25 etapas, de 8 a 20 etapas o de 10 a 15 etapas de reformado, representadas por el corte de 880. También debe indicarse que las últimas etapas de reformado pueden no requerir el recalentamiento de la corriente de aire del reformador 126 para proporcionar el calor adecuado para el reformado catalítico, y por lo tanto, una o más de las últimas etapas puede no incluir la etapa de recalentamiento de la corriente de aire del reformador 126, puede no incluir cámaras de combustión o puede no tener catalizador en sus cámaras de combustión y/o puede no incluir una corriente de combustible de etapa de reformado. En algunas realizaciones, la última etapa de reformado no incluye el recalentamiento de la corriente de aire del reformador 126. Por ejemplo, aunque la etapa de reformado 824 muestra una cámara de combustión 875, no incluye un suministro de combustible y por lo tanto la cámara de combustión 875 puede no incluir catalizador y puede no producirse en la misma combustión adicional. Alternativamente, la cámara de combustión 875 puede incluir catalizador y puede combustionar cualesquiera componentes de combustible que queden en la corriente de aire del reformador 126. Preferiblemente, se evitan las condiciones de carburización catastrófica y carbonización a lo largo de todas las etapas de reformado.
En algunas realizaciones, el reformador 820 comprende un PCR. El PCR puede estar configurado de forma similar a un intercambiador de calor de circuito impreso (“PCHE”), con cámaras o lechos de catalizador de reformado proporcionados intermitentemente en la trayectoria de flujo de la corriente del reformador 811 y cámaras de catalizador de combustión proporcionadas intermitentemente en las trayectorias de flujo para la corriente de aire del reformador 126 y la corriente de combustible del reformador 124, de modo que la corriente del reformador 811 puede ser alternativamente calentada por la corriente de aire del reformador 126 y después reformada catalíticamente de forma parcial mientras que la corriente de aire del reformador 126 alternativamente calienta la corriente del reformador 811 y es recalentada por la combustión de una parte de la corriente de combustible del reformador 124. El PCR se puede construir con una serie de placas que se pueden combinar en una pila y unir por difusión unas con otras para proporcionar intercambio de calor entre las corrientes calientes y frías, poniendo los canales que componen las trayectorias de flujo cerca unos de otros, y para proporcionar el reformado catalítico de la corriente del reformador 811 y la combustión catalítica de una parte de la corriente de combustible de reformado 124 en presencia de la corriente de aire del reformador 126. El apilado puede incluir el apilado de placas finales, placas de unión y configuraciones específicas de las placas de corriente del reformador, placas de aire de reformado y placas de combustible de reformado.
En general, las trayectorias de flujo para cada una de las corrientes se pueden formar como canales en las placas por grabado, molienda u otro procedimiento adecuado y se pueden configurar para proporcionar el intercambio de calor deseado, mientras que se controlan las caídas de presión para una o más de las corrientes a través del PCR. Los canales en las placas de corriente de reformado y las placas de corriente de aire de reformado se pueden configurar para transferencia de calor de un solo paso o múltiples pasos entre las corrientes, y se pueden configurar para operar en flujo paralelo, flujo cruzado o contraflujo. En algunas realizaciones, las placas para una de las corrientes de reformado o corrientes de aire de reformado, se pueden configurar para múltiples pasos, mientras que las placas para la otra corriente se configuran para pasos únicos. Preferiblemente, las corrientes que entran y salen del PCR se mantienen en condiciones de temperatura, presión y composición para evitar o reducir las condiciones de carburización catastrófica y carbonización dentro del PCR.
Un ejemplo de las placas que componen una realización de dicho PCR se puede encontrar en las figuras 11A-F. Las realizaciones mostradas en las figuras 11A-F comprenden 14 etapas de reformado, pero debe entenderse que se puede usar cualquier número adecuado de etapas con la modificación adecuada para las diferentes placas mostradas. En relación con las figuras 11A-F, el PCR puede comprender una o más placas de unión 1101, una o más placas de reformador 1121, una o más placas de aire de reformador 1141, una o más placas de combustible de reformador 1161, una o más placas finales superiores 1180 y una o más placas finales inferiores 1190.
En relación con la figura 11A, la placa de unión 1101 incluye la penetración de la cámara de entrada de la corriente del reformador 1102 y la penetración de la cámara de salida de la corriente del reformador 1103, que también puede ser la última penetración de cámara o lecho de reformado, y una trayectoria de flujo 1104 que comprende múltiples canales de flujo independientes 1105. En general, la placa de unión 1101 tendrá menos canales de flujo independientes 1105 que el número de canales de flujo independientes en la placa del reformador 1121. En algunas realizaciones, la placa de unión 1101 tiene la mitad del número de canales de flujo independientes que la placa del reformador 1121. Como se muestra en la vista ampliada de la placa de unión 1101 en la figura 11AA, un ejemplo de una sola etapa de reformado 1110 de las 14 etapas incluidas en la placa de unión 1101, incluye una penetración de cámara o lecho de reformado 1112, una penetración de cámara de combustión 1114 y una penetración de suministro de combustible 1113. La placa de unión 1101 sirve de ayuda para equilibrar las cargas de calor y el flujo de calor a lo largo de la pila cuando forman un intercambiador de calor.
Aunque la figura 11AA muestra la penetración de la cámara del reformador 1112 en el lado derecho de la placa de unión 1101, debe entenderse que las penetraciones de la cámara del reformador para las etapas de reformado están en lados alternos a lo largo de la placa de unión 1101 con penetraciones de suministro de combustible 1113
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desde la primera o penetraciones de entrada 1102 a la última o penetraciones de salida 1103, y puede empezar en cualquiera de los lados de la placa de unión 1101. Por consiguiente, las etapas inmediatamente antes y después de la etapa 1110 tendrán las penetraciones de cámaras o lechos de reformado 1112 en el lado izquierdo de la placa de unión 1101 y las penetraciones de suministro de combustible 1113 en el lado derecho de la placa de unión 1101. En algunas realizaciones, las etapas se pueden configurar de forma diferente según sea adecuado para el uso pretendido, y las realizaciones del procedimiento y aparato descritos en la presente memoria no debe entenderse como que estén limitadas al alternado de las diferentes penetraciones. Por ejemplo, cuando el intercambio de calor incluye uno o más pasos, la configuración puede cambiar para acomodar estos pasos.
En funcionamiento, una parte de la corriente del reformador 811 fluye por los canales independientes 1105 donde recupera calor de la corriente de aire del reformador 126 calentada que fluye en canales independientes 1145 mostrados en la figura 11C y figura 11CC, y después avanza a la penetración de la cámara del reformador 1112. Las penetraciones de la cámara del reformador 1112 (que incluye las penetraciones 1102 y 1103) se combinan con las penetraciones de la cámara del reformador 1132 (que incluyen las penetraciones 1122 y 1123), 1152, 1172 y 1192 en las placas en las figuras 11B-D y F respectivamente, para formar las cámaras del reformador, tales como las cámaras del reformador 841, 842, 843, 844 y 845 mostradas en la figura 8, donde la corriente del reformador 811 es reformada catalíticamente de forma parcial. En algunas realizaciones, la cámara formada por las penetraciones de entrada 1102 junto con las correspondientes penetraciones en las otras placas se pueden alinear para formar un cámara en blanco o vacía que no incluye catalizador y no reforma la corriente del reformador 811. Después de ser parcialmente reformada, la corriente del reformador 811 sale de la cámara del reformador y recupera calor en la siguiente etapa de reformado, hasta que sale de la última etapa de reformado por las penetraciones de salida de la corriente del reformador 1103, momento en el que la corriente reformada se combina con la corriente reformada que sale de la última etapa de reformado en la placa del reformador 1121 para formar la corriente de gas de síntesis 180.
La figura 11B muestra la placa del reformador 1121 que tiene la penetración de entrada de la corriente del reformador 1122, y la penetración de la cámara de salida de la corriente del reformador 1123, que también puede ser la última penetración de cámara o lecho de reformado, y una trayectoria de flujo 1124 que comprende múltiples canales independientes 1125. Como se muestra en la vista ampliada de la placa de reformador 1121 en la figura 11BB, un ejemplo de una sola etapa de reformado 1130 de las 14 etapas incluidas en la placa de reformador 1121, incluye una penetración de la cámara o lecho de reformado 1132, una penetración de la cámara de combustión 1134 y una penetración de suministro de combustible 1133. Aunque la figura 11BB muestra la penetración de la cámara de reformador 1132 en el lado derecho de la placa de reformador 1121, debe entenderse que las penetraciones de la cámara del reformador para las etapas de reformado están en lados alternos a lo largo de la placa de reformador 1121 con penetraciones de suministro de combustible 1133 desde las penetraciones de entrada 1122 a las penetraciones de salida 1123, y puede empezar en cualquiera de los lados de la placa de reformador 1121. Por consiguiente, las etapas inmediatamente antes y después de la etapa 1130 tendrán las penetraciones de cámaras o lechos de reformado 1132 en el lado izquierdo de la placa de reformador 1121 y las penetraciones de suministro de combustible 1133 en el lado derecho de la placa de reformador 1121. En algunas realizaciones, las etapas se pueden configurar de forma diferente según sea adecuado para el uso pretendido y las realizaciones del procedimiento y aparato descritos en la presente memoria no debe entenderse como que estén limitadas al alternado de las diferentes penetraciones. Por ejemplo, cuando el intercambio de calor incluye uno o más pasos, la configuración puede cambiar para acomodar estos pasos.
En funcionamiento, una parte de la corriente del reformador 811 fluye por los canales independientes 1125 donde recupera calor de la corriente de aire del reformador 126 calentada que fluye en canales independientes 1145 mostrados en la figura 11C y figura 11CC, y después avanza a la penetración de la cámara del reformador 1132. Las penetraciones de cámaras del reformador 1132 (que incluye las penetraciones 1122 y 1123) se combinan con las correspondientes penetraciones de cámaras del reformador 1112 (que incluyen las penetraciones 1102 y 1103), 1152, 1172 y 1192 en las placas en las figuras 11A, C-D y F, para formar las cámaras del reformador, tales como las cámaras del reformador 841, 842, 843, 844 y 845 mostradas en la figura 8, donde la corriente del reformador 811 es reformada catalíticamente de forma parcial. En algunas realizaciones, la cámara formada por las penetraciones de entrada 1122 junto con las correspondientes penetraciones en las otras placas se pueden alinear para formar un cámara en blanco o vacía que no incluye catalizador y no reforma la corriente del reformador 811. Después de ser parcialmente reformada, la corriente del reformador 811 sale de la cámara del reformador y recupera calor en la siguiente etapa de reformado, hasta que sale de la última etapa de reformado y a las penetraciones de salida de la corriente del reformador 1123, momento en el que la corriente reformada se combina con la corriente reformada que sale de la última etapa de reformado en la placa del reformador 1101 para formar la corriente de gas de síntesis 180.
En algunas realizaciones, las figuras 11A-B también incluyen canales de entrada de la corriente del reformador 1106 y 1126 y canales de salida de la corriente del reformador 1107 y 1127. Los canales de entrada de la corriente del reformador 1106 y 1126 pueden servir para alimentar la corriente del reformador 811 al reformador 820 y las penetraciones de entrada 1102 y 1122, y se pueden suministrar por un cabezal que puede estar soldado o conectado en los extremos de los canales individuales a lo largo de la pila de placas que componen el PCR. Las penetraciones de entrada 1102 y 1122, junto con las correspondientes penetraciones en las otras placas pueden formar una cámara que puede ser una cámara vacía o que puede contener opcionalmente catalizador para promover el reformado adicional de la corriente del reformador en el reformador 820. En algunas realizaciones, tales como las realizaciones donde los canales 1106 y 1126 no están incluidos, la cámara formada a partir de las
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penetraciones de entrada puede servir como la entrada para la corriente del reformador 811 en el pre-reformador 800 alimentando la corriente a través de un puerto unido a una placa final que proporciona acceso a la cámara. Igualmente, los canales de salida de la corriente del reformador 1107 y 1127 pueden servir para recoger la corriente del gas de síntesis 180 que fluye en las placas individuales del reformador 820 cuando la corriente 811 completa su reformado en la cámara formada por las penetraciones de cámaras o lechos de reformado 1103 y 1123 y las correspondientes penetraciones en las otras placas y las placas finales. Los canales 1107 y 1127 pueden alimentar la corriente 180 en un cabezal que puede estar soldado o conectado de otra forma al pre-reformador en los extremos de los canales individuales a lo largo de la pila de placas que componen el PCR. Los canales 1106, 1107, 1126 y 1127 pueden estar configurados y tener un tamaño igual o diferente de los canales 1105 y 1125 y puede haber el mismo o un número diferente de canales 1106, 1107, 1126 y 1127 comparado con los canales 1105 y 1125 En general, los canales 1106, 1107, 1126 y 1127 pueden tener independientemente los tamaños descritos en la tabla 1.
La figura 11C muestra una placa de aire del reformador 1141, que tiene entradas de aire del reformador 1142 y salidas de aire del reformador 1143 y una trayectoria de flujo 1144 que comprende múltiples canales independientes 1145. Como se muestra en la vista ampliada de la placa de aire del reformador 1141, figura 11CC, un ejemplo de una sola etapa de reformado 1150 de las 14 etapas incluidas en la placa de aire del reformador 1141 incluye una penetración de cámara o lecho del reformador 1152, una penetración de cámara de combustión 1154 y una penetración de suministro de combustible 1153. Aunque la figura 11CC muestra la penetración de la cámara del reformador 1152 en el lado derecho de la placa de aire del reformador 1141, debe entenderse que las penetraciones de la cámara del reformador para las etapas de reformado están en lados alternos a lo largo de la placa de aire del reformador 1141 con penetraciones de suministro de combustible 1153 desde las entradas 1142 a las salidas 1143, y puede empezar en cualquiera de los lados de la placa de aire del reformador 1141. Por consiguiente, las etapas inmediatamente antes y después de la etapa 1150 tendrán las penetraciones de cámaras o lechos de reformado 1152 en el lado izquierdo de la placa de aire del reformador 1141 y las penetraciones de suministro de combustible 1153 en el lado derecho de la placa de aire del reformador 1141. En algunas realizaciones, las etapas se pueden configurar de forma diferente según sea adecuado para el uso pretendido y las realizaciones del procedimiento y aparato descritos en la presente memoria no debe entenderse como que estén limitadas al alternado de las diferentes penetraciones. Por ejemplo, cuando el intercambio de calor incluye uno o más pasos, la configuración puede cambiar para acomodar estos pasos.
En funcionamiento, la corriente de aire del reformador 126 fluye por los canales independientes 1145 que pueden proporcionar calor a una parte de la corriente del reformador 811 que fluye en canales independientes 1105 en la placa de unión 1101 mostrada en la figura 11A y una parte de la corriente del reformador 811 fluye en los canales independientes 1125 mostrados en la figura 11B, a través de las paredes de los canales independientes en cada placa. La corriente de aire del reformador 126 después avanza a la penetración de la cámara de combustión 1154. Las penetraciones de la cámara combustión 1154 se combinan con las correspondientes penetraciones de la cámara de combustión 1114, 1134, 1174 y 1194 en las placas en las figuras 11A-B, D y F, para formar las cámaras de combustión, tales como las cámaras de combustión 851, 852, 853, y 855 mostradas en la figura 8, donde la corriente de aire del reformador 126 es recalentada por combustión catalítica del combustible de los canales independientes 1165 en las placas de combustible del reformador 1161. Después de ser recalentadas, la corriente de aire del reformador 126 sale de la cámara de combustión y caliente la corriente del reformador 811 en la siguiente etapa de reformado, hasta que sale de la última etapa de reformado y a las penetraciones de aire de reformado, donde, con referencia a la figura 8, sale del módulo reformador 150 como corriente de gases de combustión 160.
La figura 11D muestra una placa de combustible del reformador 1161, que tiene entradas de combustible del reformador 1162 y salidas de combustible del reformador 1163 y trayectorias de flujo 1164 que comprende uno o más canales independientes 1165. A diferencia del flujo en serie de las corrientes que fluyen en las placas mostradas en las figuras 11A-C, una parte de la corriente de combustible del reformador 124 se suministra individual e independientemente a cada una de las etapas dentro del reformador en paralelo. Por consiguiente, cada etapa de reformado a la cual se suministra combustible en las placas de combustible del reformador 1161 tiene sus propias entradas de combustible del reformador 1162, salidas de combustible del reformador 1163 y trayectoria de flujo 1164. Además, la cantidad de corriente de combustible del reformador 124 suministrada a cada etapa puede ser la misma o diferente de la cantidad de corriente de combustible del reformador 124 suministrada a las otras etapas. Como resultado, las entradas de combustible del reformador 1162, salidas de combustible del reformador 1163 y trayectorias de flujo 1164 de cada etapa se pueden configurar igual o de forma diferente con respecto a las otras etapas. En algunas realizaciones, la cantidad de corriente de combustible del reformador 124 suministrada a cada etapa después de la primera etapa, se puede reducir con respecto a la etapa precedente. Además, una o más de las últimas etapas pueden no recibir ninguna parte de la corriente de combustible del reformador 124, ya que se puede reducir o no haber necesidad de recalentar la corriente de aire del reformador 126 en algunas de las últimas etapas de reformado. Una realización de un sistema en el que la cantidad de corriente de combustible del reformador 124 suministrada a cada etapa de reformado sucesiva se reduce, se describe más adelante con respecto a la figura 15.
Como se muestra en la figura 11D, las trayectorias de flujo 1164 se puede configurar para controlar de forma pasiva la cantidad de corriente de combustible del reformador 124 suministrada a las etapas de reformado, controlando el tamaño, número y geometría de los canales independientes 1165 y las caídas de presión a lo largo del sistema de reformado 100. Se pueden usar múltiples salidas de combustible de reformado 1163 para cada etapa para
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suministrar de forma más uniforme la parte de la corriente de combustible del reformador 124 a las penetraciones de combustión 1174 de esta etapa. Además, para algunas etapas, la parte de la corriente de combustible del reformador 124 suministrada a la etapa se puede proporcionar desde una o más de una de las penetraciones de suministro de combustible 1173. Por consiguiente, debe entenderse que cuando se hace referencia a una sola etapa de reformado, una parte del combustible suministrado a esa etapa puede venir de una penetración de suministro de combustible 1173 físicamente asociada con una etapa diferente y que las penetraciones de suministro de combustible 1173 se pueden configurar para suministrar combustible a más de una etapa. Las penetraciones de suministro de combustible 1173 se combinan con las correspondientes penetraciones de suministro de combustible 1113, 1133, 1153 y 1183 en las placas en las figuras 11A-C y E para formar cámaras o trayectorias de acceso de flujo de suministro de combustible.
Como se muestra en la vista ampliada de la placa de combustible del reformador 1161 en las figuras 11DD, un ejemplo de una sola etapa de reformado 1170 de las 14 etapas incluidas en la placa de combustible del reformador 1161 incluye una penetración de suministro de combustible 1173, una penetración de cámara de combustión 1174 y una penetración de cámara o lecho de reformado 1172. Aunque la vista ampliada de la placa de combustible del reformador 1161 muestra la penetración de suministro de combustible 1173 en el lado derecho de la placa de combustible del reformador 1161, debe entenderse que las penetraciones de suministro de combustible están en lados alternos a lo largo de la placa de combustible del reformador 1161 con penetraciones de la cámara o lecho de reformado 1172. Por consiguiente, las etapas inmediatamente antes y después de la etapa 1170 tendrán las penetraciones de suministro de combustible 1173 en el lado izquierdo de la placa de combustible del reformador 1161 y las penetraciones de cámaras o lechos de reformado 1172 en el lado derecho de la placa de combustible del reformador 1161. En algunas realizaciones, las etapas se pueden configurar de forma diferente según sea adecuado para el uso pretendido y las realizaciones del procedimiento y aparato descritos en la presente memoria no debe entenderse como que estén limitadas al alternado de las diferentes penetraciones.
En funcionamiento, una parte de la corriente de combustible del reformador 124 fluye desde las cámaras o trayectorias de acceso del flujo de suministro de combustible por las entradas de combustible 1162 a lo largo de las trayectorias de flujo 1164 que comprenden canales independientes 1165, por las salidas de combustible 1163 y a las cámaras de combustión 1174 donde la parte del combustible de la corriente de combustible del reformador 124 es combustionada catalíticamente en presencia de la corriente de aire del reformador 126, recalentando de esta forma la corriente de aire del reformador 126. Los subproductos de la combustión de la parte de combustible de la corriente de combustible del reformador 124 salen de la cámara de combustión con la corriente de aire del reformador 126.
En algunas realizaciones, las figuras 11A-D incluyen cada una canales de entrada de la corriente de aire del reformador 1108, 1128, 1142 y 1168 y canales de salida de la corriente de aire del reformador 1109, 1129, 1143 y 1169. Los canales de entrada de la corriente del reformador 1108, 1128, 1142 y 1168 pueden servir para alimentar la corriente de aire del reformador 126 al reformador 820 y las penetraciones de entrada de aire del reformador 1115, 1135, 1155 y 1175 y se pueden suministrar mediante un cabezal que está soldado o conectado en los extremos de los canales individuales a lo largo de la pila de placas que componen el PCR. Las penetraciones de entrada 1115, 1135, 1155 y 1175 pueden formar una cámara que puede ser una cámara vacía que recoge la corriente de aire del reformador para la alimentación en las trayectorias de flujo 1144 que comprende canales 1145. De forma similar, los canales de salida de la corriente del reformador 1109, 1129, 1143 y 1169 pueden servir para alimentar la corriente de gases de combustión 160 que fluye en las placas individuales del reformador 820 después de la etapa final de intercambio de calor y combustión opcional a las tuberías o conductos de alimentación de la corriente de gases de combustión al pre-reformador 800. Los canales 1109, 1129, 1143 y 1169 pueden alimentar la corriente 160 en un cabezal que puede estar soldado o conectado de otra forma al pre-reformador en los extremos de los canales individuales a lo largo de la pila de placas que componen el PCR. Los canales de entrada de la corriente de aire del reformador 1108, 1128, 1142 y 1168 y los canales de salida de la corriente de aire del reformador 1109, 1129, 1143 y 1169 se pueden configurar y ajustar el tamaño de la misma forma o de forma diferente que los canales 1145 y puede haber el mismo o un número diferente de canales de entrada de la corriente de aire del reformador 1108, 1128, 1142 y 1168 y canales de salida de la corriente de aire del reformador 1109, 1129, 1143 y 1169 comparado con los canales 1145. En general, los canales de entrada de la corriente de aire del reformador 1108, 1128, 1142 y 1168 y los canales de salida de la corriente de aire del reformador 1109, 1129, 1143 y 1169 pueden tener independientemente los tamaños descritos en la tabla 1. Mediante la configuración de la alimentación de la corriente de aire del reformador 126 de esta forma, se puede minimizar la caída de presión de la corriente a través del reformador.
La figura 11E muestra un ejemplo de una placa final superior 1180 que tiene penetraciones de suministro de combustible 1183. La placa final superior 1180 puede ser una placa o placas en blanco sin circuitos de trayectoria de flujo y puede estar aislada para potenciar la transferencia de calor y limitar la pérdida de calor. En algunas realizaciones, se usa una sola placa final superior 1180. En otras realizaciones, se pueden usar múltiples placas finales superiores 1180 para proporcionar suficiente grosor para los cabezales o puertos que suministran el combustible. En algunas realizaciones, se puede proporcionar un cabezal que está conectado, tal como soldado, a lo largo de la longitud y anchura de la placa superior y que proporciona suministro del combustible a cada una de las penetraciones de suministro de combustible. En algunas realizaciones, este suministro se puede lograr proporcionando el combustible al cabezal, donde el cabezal es un solo espacio abierto que proporciona acceso a cada una de las penetraciones de suministro de combustible, que en virtud de su configuración proporcionan la
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caída de presión deseada para lograr el control pasivo del suministro de combustible a las cámaras de combustión en el reformador. De forma similar, como se muestra en la figura 11F, la placa final inferior 1190 puede ser una placa
o placas en blanco sin circuitos de trayectoria de flujo y puede estar aislada para potenciar la transferencia de calor y limitar la pérdida de calor. En algunas realizaciones, la placa final inferior 1190 puede incluir entradas y salidas para la entrada y salida de una o más de las diferentes corrientes así como penetraciones de cámaras o lechos de reformado 1192 y penetraciones de cámara de combustión 1194, que pueden tener puertos de acceso conectados a los mismos. En algunas realizaciones, se pueden usar múltiples placas finales inferiores. En algunas realizaciones, se usa una sola placa final inferior 1190. En otras realizaciones, se pueden usar múltiples placas finales para proporcionar suficiente grosor para los cabezales o puertos. En algunas realizaciones, las placas finales proporcionan una pared para los pasos en la placa de unión enfrente de la placa final, sirven como cubierta para las penetraciones y soportar la conexión de las corrientes relevantes al PCR, tales como por puertos o cabezales. Por consiguiente, en algunas realizaciones, las placas finales deben tener un grosor suficiente para acomodar las presiones en cada una de las penetraciones y para soportar los puertos o cabezales. En algunas realizaciones, las diferentes penetraciones en las placas finales inferiores pueden estar tapadas con tapas de penetración, después de haber apilado las placas y formado un reformador. En algunas realizaciones, las tapas de penetración pueden comprender cualquier material, incluyendo el material del cual están formadas las placas y pueden estar conectadas, tal como soldadas o conectadas de otra forma para bloquear, sellar o cubrir las penetraciones en las placas finales inferiores.
Cuando están apiladas y unidas por difusión o unidas de otra forma para formar un PCR, las diferentes placas de unión 1101, placas de reformador 1121, placas de aire del reformador 1141, placas de combustible del reformador 1161, placas finales superiores 1180 y placas finales inferiores 1190, preferiblemente están alineadas de modo que las diferentes penetraciones de cámaras o lechos de reformado 1112, 1132, 1152, 1172 y 1192 están alineadas para formar cámaras de reformado o lechos de reformado, tal como cámaras o lechos de reformado 841, 842, 843, 844 y
845. Además de alinear las penetraciones de cámaras o lechos de reformado, el apilado de las placas preferiblemente alinea las penetraciones de suministro de combustible 1113, 1133, 1153, 1173 y 1183 para formar trayectorias o cámaras de acceso de flujo de suministro de combustible y alinea las penetraciones de cámara de combustión 1114, 1134, 1154, 1174 y 1194 para formar cámaras de combustión, tal como cámaras de combustión 851, 852, 853 y 855. Las cámaras o lechos de reformado y las cámaras de combustión pueden estar cargados con catalizador estructurado o no estructurado y la reacción de reformado y la reacción de combustión se pueden catalizar usando cualquier catalizador adecuado. Para las placas y corrientes que no tienen penetraciones a través de las cuales acceden las trayectorias de flujo y los canales de flujo, se pueden usar cabezales, tal como soldados, en los extremos de los canales individuales para facilitar el suministro y/o recolección de la corriente que fluye a través de los canales relevantes.
Además de alinear las diferentes penetraciones, el apilado de las placas preferiblemente coloca las trayectorias de flujo 1104 y 1124 muy cerca de la trayectoria de flujo 1144 para facilitar la transferencia de calor a través de las paredes de canales independientes 1145 a canales independientes 1105 y 1125. En algunas realizaciones, esta transferencia de calor se produce en lo que se representa en la figura 8 como intercambiadores de calor, tales como los intercambiadores de calor 831, 832, 833 y 834.
En algunas realizaciones, las placas se pueden apilar y unir por difusión o unir de otra forma en cualquier orden para formar una versión de PCR del reformador 820. En algunas realizaciones, las placas se pueden apilar y unir por difusión o unir de otra forma en el siguiente orden: al menos una placa final superior 1180, una placa de unión 1101, múltiples celdas de reformado, comprendiendo cada celda de reformado una placa de aire del reformador 1141, placa de combustible del reformador 1161, una segunda placa de aire del reformador 1141 y una placa del reformador 1121, y el resto de la pila incluye en orden, una placa de aire del reformador 1141, placa de combustible del reformador 1161, una segunda placa de aire del reformador 1141, otra placa de unión 1101 y una placa final inferior 1190. Por consiguiente, el orden de las placas del reactor de circuito impreso en una pila dada, para algunas realizaciones del reformador 820 puede tener el siguiente patrón para las placas activas (placa de unión 1101 = B, placa de aire del reformador 1141 = A, placa de combustible del reformador 1161 = F, una placa del reformador 1121 = R): B A F A RA F A R . . . A F A B. En la figura 12 se muestra una vista en perspectiva de una celda de reformado.
En una realización específica para el reformado de 2SCMH de gas natural, el reformador 820 comprende un PCR que tiene 3 placas finales superiores, seguido de una placa de unión 910 seguido de 5 celdas de reformado seguido de una placa de aire del reformador 1141, una placa de combustible del reformador 1161, una segunda placa de aire del reformador 1141, otra placa de unión 1101 y 3 placas finales inferiores. Preferiblemente, el reformador 820 comprende un PCR que está construido con materiales adecuados para aguantar las presiones y temperaturas a las que está expuesto el reformador 820. En algunas realizaciones, el reformador 820 puede estar construido de aleación 800H o aleación 617.
Las placas individuales que componen el PCR pueden tener independientemente los grosores descritos en la tabla
1. En algunas realizaciones, las placas pueden tener cada una 1,6 mm de grosor. Además, cada uno de los canales de flujo independientes 1105, 1125, 1145, y 1165 puede comprender independientemente un corte transversal en general semicircular y puede tener independientemente las dimensiones descritas en la tabla 1. En algunas realizaciones, los canales independientes 1105 en las placas de unión 1101 pueden tener una profundidad de 1,10
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mm, una anchura de 1,69 mm y surcos de 1,00 mm. En algunas realizaciones, los canales independientes 1125 en las placas del reformador 1121 pueden tener una profundidad de 1,10 mm, una anchura de 1,69 mm y surcos de 1,00 mm. En algunas realizaciones, los canales independientes 1145 en las placas de aire del reformador 1141 pueden tener una profundidad de 1,10 mm, una anchura de 1,69 mm y surcos de 0,90 mm. En algunas realizaciones, los canales independientes 1165 en las placas de combustible del reformador 1161 pueden tener una profundidad de 1,10 mm, una anchura de 1,69 mm y surcos de 0,4 mm.
En algunas realizaciones, cuando el reformador 820 comprende un PCR, el PCR puede operar como sigue: la corriente del reformador 811 puede entrar en las trayectorias de flujo 1104 y 1124 en las placas de unión 1101 y placas del reformador 1121, una cámara del reformador exenta de catalizador formada por alineamiento de las penetraciones del reformador relevantes en cada una de las placas que componen el PCR que incluyen las penetraciones de entrada de la corriente del reformador 1102 y 1122. La corriente del reformador 811 puede entrar en los canales independientes 1105 y 1125 que componen las trayectorias de flujo 1104 y 1124 donde es calentada por la corriente de aire del reformador 126 que ha entrado en el PCR en la placa de aire del reformador 1141 a través de las entradas de aire del reformador 1142 y en el reformado de los múltiples canales independientes 1145 de la trayectoria de flujo 1144. Preferiblemente, la corriente de aire del reformador 126 y la corriente del reformador 811 intercambian calor a través de las paredes de sus canales independientes 1145, 1105 y 1125, mientras fluye en flujo cruzado de un solo paso, aunque en general las corrientes preferiblemente fluyen en dirección de flujo paralelo como se muestra en la figura 8. Por lo tanto, durante la presente transferencia de calor, las corrientes preferiblemente fluyen en flujo cruzado una con respecto a otra, pero el flujo de ambas corrientes a través del PCR preferiblemente es en una dirección en general de flujo paralelo.
Después de recibir calor de la corriente de aire del reformador 126, la corriente del reformador 811 entra en la cámara o lecho de reformado 841 formada por alineamiento de las diferentes penetraciones de cámaras o lechos de reformado en las placas del PCR donde el hidrocarburo gaseoso en la corriente del reformador es reformado catalíticamente de forma parcial. Igualmente, después de calentar la corriente del reformador 811, la corriente de aire del reformador 126 entra en la cámara de combustión 851 donde es recalentada por combustión de una parte del combustible de la corriente de combustible del reformador 124. La parte de la corriente de combustible del reformador 124 entra en el PCR por una o más trayectorias o cámaras de acceso de flujo de combustible del reformador por alineamiento de las penetraciones de suministro de combustible relevantes en cada una de las placas que componen el PCR y entra en los canales independientes 1165 de la trayectoria de flujo 1164 y por las entradas de combustible del reformador 1162. La parte de la corriente de combustible del reformador 124 fluye por los canales independientes 1165 y a la cámara de combustión 851 por las salidas de combustible del reformador 1163 y el combustible es combustionado catalíticamente en presencia de la corriente de aire del reformador 126 para recalentar la corriente de aire del reformador 126 para la siguiente etapa de reformado. De esta forma, la corriente del reformador 811 y la corriente de aire del reformador 126 se someten a múltiples etapas de intercambio de calor, reformado y combustión hasta que la corriente del reformador 811 sale del PCR como corriente de gas de síntesis 180 y la corriente de aire del reformador 126 sale del reformador como corriente de gases de combustión
160.
En las figuras 13A-B se muestra una vista superior de la versión de PCR 900 o pre-reformador 800 y una vista superior de la versión de PCR 1300 del reformador 820. Como se muestra, cada una de las cámaras de prereformado o lechos de pre-reformado 1310, 1320, 1330 y cámaras o lechos de reformado 1340, se muestra empaquetado con catalizador de reformado. Igualmente, cada una de las cámaras de combustión 1350 se muestra empaquetada con catalizador. En esta versión del PCR 1300, las placas superiores 1360 también incluyen penetraciones de suministro de combustible 1362 que ayudan a formar las cámaras de suministro de combustible 1364. Por consiguiente, en esta realización del PCR 1300, se puede obtener el acceso a cada una de las cámaras a través de las placas superiores 1360.
Los diferentes PCHE y PCR descritos en la presente memoria, pueden comprender placas que incluyen canales de flujo independientes para diferentes corrientes. Las placas para cada uno de los PCHE y PCR pueden, independientemente para cada placa o canal de flujo, tener las dimensiones descritas en la tabla 1:
Tabla 1: Ejemplos de dimensiones de canales de flujo y grosores de placa de PCHE y PCR
Dimensiones del canal
Anchura (milímetros)
Profundidad (milímetros) Anchura de surco entre canales (milímetros)
Intervalos preferidos de dimensiones
0,6 a 4,5 0,3 a 2,5 0,2 a 2,5
Intervalos de ejemplos de dimensiones
0,8 a 3,25, 1 a 3, 1,1 a 2,5, 1,2 a 2,25, 1,3 a 2, 1,4 a 1,75, 1,4 a 1,6 0,4 a 2, 0,5 a 1,5, 0,6 a 1,4, 0,75 a 1,25, 1 a 1,25 0,3 a 2, 0,5, a 1,2, 0,7 a 1,1, 0,8 a 1,1, 0,8 a 1,0, 0,3 a 0,8, 0,3 a 0,5

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Grosores de placa
Grosor de la placa (milímetros)
Intervalos preferidos de grosores
de 0,5 a 3
Intervalos de ejemplos de grosores
0,75 a 2,9, 0,9 a 2,5, 1 a 1,75, 1,1 a 1,6, 1,25 a 1,5

En una realización para reformar 2 SCMH de gas natural usando gas residual de PSA como combustible, la operación eficaz del módulo reformador 150 mientras queda dentro de las temperaturas de diseño del material, puede tener perfiles de temperatura para el reformado y combustión que aparecen aproximadamente como las mostradas en la figura 14. Aunque no representa los datos reales, la figura 14 muestra una gráfica 1400 de una tendencia deseada en el perfil de temperaturas de la corriente del reformador 811 y la corriente de aire del reformador 126 cuando avanzan por las 14 etapas de reformado (con la última cámara o lecho de reformado y cámara de combustión omitidas) con control pasivo del suministro de combustible a cada etapa de combustión de modo que la cantidad de combustible suministrado disminuye de etapa en etapa. Como se muestra, se cree que la temperatura de la corriente del reformador 811 cuando es reformada en cada una de las cámaras o lechos de reformado 841, 842, 843 etc. del reformador de 14 etapas es probable que aparezca aproximadamente como se muestra por la línea 1401 y la temperatura de la corriente de aire del reformador 126 es probable que aparezca cuando se calienta e intercambia calor con la corriente del reformador 811, como se muestra con la línea 1410. Como se muestra, la diferencia de temperatura media entre la corriente del reformador 811 y la corriente de aire del reformador 126 para cada etapa debería disminuir de etapa en etapa y la temperatura de la corriente del reformador 811 debería aumentar de etapa en etapa. Preferiblemente, el aumento de temperatura en la corriente del reformador 811 debería estar precedido por un aumento en la presión parcial de hidrógeno en la corriente del reformador 811 como resultado del reformado. Conduciendo el aumento de temperatura con un aumento del contenido de hidrógeno en la corriente del reformador 811, debería reducirse o evitarse las condiciones de carbonización y carburización catastrófica. Como resultado del aumento de temperatura de la corriente del reformador de etapa en etapa, los requisitos de combustible para cada etapa sucesiva de esta realización deberían reducirse entre las etapas ya que la carga de calor requerida para recalentar la corriente del reformador 811 y para recalentar la corriente de aire del reformador 126 debería reducirse de etapa en etapa. Preferiblemente, como se muestra en la figura 14, la temperatura de la corriente del reformador y la corriente de aire del reformador convergerán en una asíntota en algún punto por encima de 800ºC.
En algunas realizaciones, el suministro de combustible y/o aire a cada una de las etapas de reformado se puede controlar de forma pasiva controlando la presión y las caídas de presión en las corrientes de aire y de combustible a lo largo del sistema reformador 100. Mediante el control pasivo del suministro de combustible a cada una de las etapas, se controla la cantidad de calor generada por combustión del combustible, controlando de esta forma la cantidad de calor proporcionada a la corriente de aire del reformador 126 y en último término la corriente del reformador 811 y las cámaras o lechos de reformado asociados. La presión del combustible a la entrada en un conducto dado y la caída de presión a lo largo de la longitud del conducto determinan el volumen de combustible que es suministrado por ese conducto por unidad de tiempo. La caída de presión se puede ajustar en un conducto de combustible dado, por ejemplo, variando la longitud del conducto de combustible, variando la tortuosidad de la trayectoria de flujo, es decir el número y dureza de las vueltas en el conducto de combustible, variando el número de conductos de combustible y/o variando el área del corte transversal del conducto de combustible. Cambiando una o más de estas características del conducto de combustible, se ajusta la cantidad de “resistencia” que encuentra el flujo de combustible en un conducto de combustible dado de camino a una cámara de combustión, y por lo tanto puede controlar de forma pasiva la cantidad de combustible proporcionada por unidad de tiempo.
La eficacia del procedimiento de reformado depende de la temperatura porque la conversión de metano alcanzada depende de la temperatura máxima alcanzada. También es conveniente limitar la temperatura superior del metal que forma la estructura física del reformador. Por lo tanto, controlando la cantidad de combustible alimentada a cada cámara de combustión sucesiva mediante la configuración de los conductos de combustible específicamente para cada una de las etapas de reformado, se pueden controlar las temperaturas del metal, mientras que se proporcionan etapa a etapa aumentos de la temperatura de reformado, aumentado así la eficacia del sistema reformador 100 en general.
Se prefiere que el control proporcionando mediante el ajuste de las configuraciones de los conductos de combustible sea pasivo. En otras palabras, las propias configuraciones de los conductos de combustible proporcionan el control sin la necesidad de mecanismos de control afirmativos. Para este fin, se prefiere que los conductos de combustible sean configurados específicamente para los parámetros de un sistema particular. Por ejemplo, en la versión de PCR del reformador 820 descrito con respecto a las figuras 11A-F, cada canal independiente 1165 que alimenta combustible a la cámara de combustión puede estar grabado o formado de otra forma independientemente según la configuración del conducto de combustible deseada para ese canal, para proporcionar la resistencia deseada. Después de fabricar el sistema con los conductos de combustible configurados así, preferiblemente no son
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necesarios mecanismos de control activos adicionales. Al proporcionar dicho control pasivo, el sistema reformador 100 puede ser más sencillo y más pequeño porque el uso de dispositivos de control y medición del flujo activo está limitado o es evitado dando como resultado beneficios de coste y diseño y relaciones de reducción flexibles.
En algunas realizaciones, para reducir el número de parámetros que puede ser necesario considerar para llegar a la resistencia adecuada que se va a proporcionar a cada canal independiente 1165, y para facilidad de fabricación de los canales, se prefiere que los canales independientes 1165 que alimentan las respectivas cámaras de combustión, tenga cada uno la misma dimensión del corte transversal. También se prefiere que todos los canales independientes 1165 se configuren para flujo laminar de modo que la caída de presión es una función directa del flujo para todos los canales. Como tal, debido a la variación lineal del flujo respecto a la caída de presión, las relaciones del flujo de combustible al flujo de aire en cada etapa de combustión pueden permanecer relativamente constantes incluso durante la reducción significativa del sistema reformador 100.
El suministro de aire y combustible a las cámaras de combustión, tal como la cámara de combustión 821 se equilibra por el diseño de las placas 1141 y 1161. Además, la presión del aire que llega a través de los conductos de aire 1145 y la presión del combustible que llega por los canales independientes 1165 se corresponden o se autoajustan para corresponder con la cámara de combustión para producir la cantidad de combustión deseada para esa cámara particular. Este equilibrado de las presiones a su vez proporciona la cantidad adecuada de calor a los reaccionantes de reformado cuando entran en la cámara o lecho de reformado asociado. Se prefiere que las caídas de presión en cada conducto se estabilicen de modo que la presión de combustible total esté justo por encima de la atmosférica. Sin embargo, se pueden establecer otras caídas de presión y están dentro del alcance de algunas realizaciones.
La figura 15 es un diagrama de las resistencias de flujo dentro de los conductos de aire y combustible que suministra una realización del módulo reformador. Las resistencias de flujo dentro de esta red mostradas en la figura 15 preferiblemente se ajustan de modo que la cantidad de combustible suministrada en cada etapa de combustión a lo largo de las sucesivas corrientes de combustible de la etapa de reformado 861, 862, 863, etc., disminuya a lo largo de la longitud del reformador a pesar del hecho de que la caída de presión de dirige el flujo de combustible aumenta. Esta reducción a lo largo de la longitud del reformador da como resultado la disminución del reformado que se produce en cada etapa de reformado sucesiva y el aumento de temperatura de la corriente de reformado en cada etapa de reformado sucesiva. La figura 15 muestra la resistencia de flujo en los conductos de aire y combustible asociados con los componentes individuales a través de los cuales fluye el combustible de los conductos, y se discute con referencia a las corrientes y componentes descritos con respecto a la figura 1. Como se muestra, la corriente de alimentación de aire 106 se divide en la corriente de alimentación de aire 107 y la corriente de aire de combustión 114. La corriente de aire de combustión 114 experimenta la resistencia de flujo 1515 asociada con la válvula 115a, antes de avanzar al intercambiador de calor de recuperación de calor del gas de síntesis 110, donde experimenta la resistencia de flujo 1511 y sale del intercambiador de calor de recuperación de calor del gas de síntesis 110 como corriente de aire de combustión 1514. Igualmente, la corriente de alimentación de aire 107 y la corriente de alimentación de combustible 105 avanzan al intercambiador de calor de recuperación de calor del gas de síntesis 110 donde experimentan las resistencias de flujo 1512 y 1510, respectivamente.
Después de salir del intercambiador de calor de recuperación de calor del gas de síntesis 110, la corriente de aire de combustión 1514 y la corriente de alimentación de combustible 105 se combinan para formar una corriente de mezcla de combustible/aire 118. Una parte controlada de forma pasiva de la corriente de mezcla de combustible/aire 118 que corresponde a la mezcla precalentada de aire 117 experimenta la resistencia 1520 cuando se divide de la mezcla de combustible/aire 118, para ser combustionada en presencia de la corriente de alimentación de aire 1508 en el precalentador 122. La parte restante de la mezcla de combustible/aire 118, mezcla precalentada de combustible 119, se combustiona catalíticamente de forma parcial en el precalentador 120, donde experimenta la resistencia de flujo 1530 y se convierte en la corriente de combustible del reformador 124. En el precalentador de aire 122, la corriente de alimentación de aire 107 se calienta por combustión catalítica del combustible en la mezcla precalentada de aire 117, experimenta la resistencia de flujo 1522 y después experimenta la resistencia de flujo 1525, cuando entra en el módulo reformador 150 se convierte en la corriente de aire de reformado 126. La resistencia de flujo 1525 está asociada con una resistencia de flujo no despreciable que físicamente está después del precalentador de aire 122 en la entrada del bloque reformador.
En este punto en la figura 15, la corriente de combustible del reformador 124 y la corriente de aire del reformador 126 entran en el reformador 820. Como se muestra, la corriente de aire del reformador 126 experimenta la resistencia de flujo 1540 en el intercambiador de calor 831 en la primera etapa de reformado en el reformador 820 convirtiéndose en la corriente de aire del reformador 1550. Después de salir del intercambiador de calor 831, la corriente de aire del reformador 1550 se une con una parte controlada de forma pasiva de la corriente de combustible del reformador 124, tal como la corriente de combustible de la etapa de reformado 861, y el combustible posteriormente se combustiona en la cámara de combustión 851 para recalentar la corriente de aire del reformador 1550. La parte controlada de forma pasiva de la corriente de combustible del reformador 124 experimenta la resistencia de flujo 1560 antes de unirse con la corriente de aire del reformador 1550 como resultado del control de flujo. La corriente de aire del reformador 1550 experimenta la resistencia de flujo 1541 en el intercambiador de calor 832 en la siguiente etapa de reformado, sale del intercambiador de calor 832 como corriente de aire del reformador 1551 y se combina con una parte controlada de forma pasiva de la corriente de combustible del reformador 124, tal como la corriente de combustible de la etapa de reformado 862, que experimenta la resistencia de flujo 1561antes
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de combinarse con la corriente de aire del reformador 1551. La corriente de aire del reformador 1551 después se recalienta en la cámara de combustión 852 y experimenta la resistencia de flujo 1542 en el intercambiador de calor 833 en la siguiente etapa de reformado convirtiéndose en la corriente de aire del reformador 1552. Después de salir del intercambiador de calor 833, la corriente de aire del reformador 1552 se combina con una parte controlada de forma pasiva de la corriente de combustible del reformador 124, tal como la corriente de combustible de la etapa de reformado 863, que experimenta la resistencia de flujo 1562 antes de combinarse con la corriente de aire del reformador 1552, y se recalienta por combustión del combustible en la cámara de combustión 853.
De esta forma, la red de resistencias de flujo para las corrientes de aire y combustible opera a través de cualquier número adecuado de etapas representadas por 880 en la figura 8 y experimentan las resistencias de flujo representadas por las llaves 1570 y 1571 en la figura 15. Justo antes de la última etapa de reformado, la corriente de aire del reformador 1553 se combina con una parte controlada de forma pasiva de la corriente de combustible del reformador 124, tal como la corriente de combustible de la etapa de reformado 865, que experimenta la resistencia de flujo 1565 antes de combinarse con la corriente de aire del reformador 1553 y se recalienta por combustión del combustible en la cámara de combustión 855. Después de ser recalentada, la corriente de aire del reformador 1552 intercambia calor una última vez con la corriente del reformador antes de salir del reformador 820 como gases de combustión 160.
En el reformador de la figura 15, hay dos rutas a cualquier punto en el que se pueden mezclar el combustible y el aire, y en el funcionamiento del equipo, los flujos hacia abajo de las ramas se autoajustan de modo que se correspondan las presiones en los puntos de mezcla. Por lo tanto, en algunas realizaciones, se pueden poner las siguientes restricciones en las presiones y caídas de presión del diseño de los componentes en la red de resistencia de flujo de combustible/aire mostrado en la figura 15 (Px indica la presión en el conducto x, mientras que Px indica la caída de presión debido a la resistencia de número de referencia x mostrada en la figura 15; P105(caliente) es la presión en la corriente 105 después de experimentar la resistencia 1510 en el intercambiador de calor de recuperación de calor del gas de síntesis 110 y P105(frío) es la presión en la corriente 105 antes de entrar en el intercambiador de calor de recuperación de calor del gas de síntesis 110):
P105 (caliente) = P105 (frío) — ΔP1510 = P106 — ΔP1515 — ΔP1511
P1508 = P1518 — ΔP1520 = P107 — ΔP1512 — ΔP1522
P1550 = P1518 — ΔP1530 — ΔP1560 = P1508 — ΔP1525 — ΔP1540
P1551 = P1518 — ΔP1530 — ΔP1561 = P1550 — ΔP1541
P1552 = P1518 — ΔP1530 — ΔP1562 = P1551 — ΔP1542
P1553 = P1518 — ΔP1530 — ΔP1565 = PEtapa previa — ΔPEtapa previa de intercambiador de calor
En una realización para el reformado de 2 SCMH de gas natural usando gas residual de PSA como combustible, en la tabla 2 más adelante se muestra una solución adecuada para las caídas de presión que satisface las restricciones anteriores en el reformador de PCR que comprende 14 etapas de reformado, usando los números de referencia usados en las figuras 1 a 8 para identificar los componentes o corrientes en las cuales se produce la caída de presión cuando sea adecuado. Obsérvese que para las etapas de reformado representadas por las llaves 836 y 826 en la figura 8, las etapas de intercambiador de calor/combustión relevantes o corrientes de combustible de la etapa de reformado se identifican por los números de referencia 836(x) y 826(x) respectivamente, donde x es una letra del alfabeto empezando en la “a” y avanzando por el abecedario para cada etapa de reformado sucesiva. Por lo tanto, para la primera etapa de reformado representada por las llaves 836 y 826, la corriente de aire del reformador se representa por 836(a) y el suministro de combustible de la etapa del reformador se representa por 826(a) etc.
Tabla 2: Ejemplos de caídas de presión adecuadas en las corrientes de combustible y aire en una realización del sistema de reformado
P(kPa)
117
1,07
861
1,93
862
2,32
863
2,73
826(a)
3,17
826(b)
3,62
826(c)
4,10

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P(kPa)
826(d)
4,81
826(e)
5,12
826(f)
5,66
826(g)
6,23
826(h)
6,77
826(i)
7,33
865
8,04

En una realización para el reformado de 2 SCMH de gas natural usando gas residual de PSA como combustible, que comprende 14 etapas de reformado y partiendo del combustible en el conducto 117 enviado a la cámara de combustión 122 a la corriente de aire del reformador 126 y avanzando por cada una de las corrientes de combustible de la etapa de reformado 861, 862, 863, la proporción de la corriente de combustible 118 enviada a cada conducto puede ser como se indica en la tabla 3 más adelante. Obsérvese que para las etapas de la figura 8 representadas por la llave 826, los números de referencia usados son 826(x), donde x es una letra del alfabeto empezando en la “a” y avanzando por el abecedario para cada etapa de reformado sucesiva.
Tabla 3: Ejemplo de distribución de combustible en un reformador de 14 etapas
% de flujo de combustible
18,6%
10,4%
9,8%
8,9%
8,1%
7,7%
6,9%
6,3%
5,5%
4,9%
4,1%
3,5%
2,8%
2,5%

Preferiblemente, no se requiere un alto grado de precisión en la tasa de distribución del combustible en algunas
10 realizaciones del reformador, pero en algunas realizaciones, la tasa de combustible adicional a cada etapa en general cae al aumentar la temperatura del reformador, con el fin de mantener las temperaturas de reformado por debajo, pero cerca, de la temperatura de diseño del material para el equipamiento. En algunas realizaciones, la temperatura de diseño puede ser del orden de 820ºC o mayor. Temperaturas más altas pueden favorecer la conversión de metano en el reformador, pero también pueden crear condiciones de operación más drásticas para los
15 materiales de construcción. Debido a que los coeficientes de transferencia de calor de los gases en el lado de reformado son considerablemente más altas que aquellas en el lado de combustión, la temperatura total de los materiales de construcción tiende a permanecer cerca de la temperatura del gas de reformado, y por lo tanto, en
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algunas realizaciones, las temperaturas del gas de combustión pueden superar la temperatura de diseño del material.
Con el fin de conseguir las mezclas de combustible/aire a lo largo del reformador que conseguirá los perfiles de temperatura deseados, los componentes del intercambio de calor y la combustión preferiblemente se diseñan para cumplir las funciones principales mientras se asegura que las caídas de presión asociadas con cada una corresponden a las requeridas para el mezclamiento de combustible/aire correcto. Preferiblemente, las caídas de presión para las corrientes de aire y de combustible a través del reformador 820 son bajas, tal como menores de 0,50 bar, menor que 0,30 bar, menor que 0,25 bar, menor que 0,20 bar, menor que 0,175 bar, menor que 0,15 bar, menor que 0,125 bar o menor que 0,10 bar o del orden de 0,10 bar o menos en total, para evitar las ineficacias asociadas con consumo energético del ventilador grande. Además, la corriente de alimentación de combustible 104 de entrada también puede ser sensible a la caída de presión. Por ejemplo, cuando la corriente de alimentación de combustible 104 es el gas residual de un sistema PSA, una caída de presión grande del combustible, que requiere una presión de entrada del combustible alta, pude disminuir la eficacia del sistema de PSA.
En algunas realizaciones, es conveniente que la distribución de flujo seleccionada y las correspondientes configuraciones de placa sean adecuadas para un intervalo grande de condiciones de reducción. Esto se puede llevar a cabo diseñando las placas del reformador relevantes, intercambiadores de calor y cámaras de combustión y las trayectorias de flujo relevantes para las corrientes de combustible y aire, de modo que la caída de presión sea esencialmente proporcional a las velocidades de flujo (es decir, que el flujo es esencialmente laminar; en pasajes rectos, el flujo es esencialmente laminar cuando el número de Reynolds es menor que 2000). Manteniendo el flujo laminar, se puede mantener la distribución de combustible correcta para condiciones de reducción de capacidad muy bajas, como se muestra en la tabla 4, por debajo de 10% de la capacidad de operación de una realización para el reformado de 2 SCMH de gas natural usando gas residual de PSA como combustible, que comprende 14 etapas de reformado cuando se compara con la capacidad de diseño. Los datos en la tabla 4 suponen que el flujo de aire se varía proporcionalmente con la capacidad, pero no se requiere control adicional del sistema de combustible/aire.
Tabla 4: Comparación del flujo de combustible entre la capacidad de diseño y reducción a 10% de capacidad.
% de flujo de combustible (10% de capacidad)
18,3%
8,8%
8,9%
8,6%
8,1%
7,8%
7,2%
6,7%
6,0%
5,3%
4,5%
3,9%
3,1%
2,8%

En realizaciones de PCR del reformador 820, el diseño del reformador puede ser un equilibrio de 4 vías entre la caída de presión del aire en la placa de aire del reformador 1141, la caída de presión del combustible en la placa de combustible del reformador 1161, el calor requerido por la reacción endotérmica de reformado en las cámaras o lechos de reformados y la limitación de la temperatura máxima producida en las cámaras de combustión a temperaturas adecuadas para los materiales de construcción. Para simplificar los requisitos del sistema de alrededor, la placa de combustible del reformador 1161 y la placa de aire del reformador 1141 se configuran preferiblemente para proporcionar una caída de presión reducida o mínima. Como se ha mencionado antes, el aire y el combustible preferiblemente se suministran a las cámaras de combustión a presión ligeramente superior a la atmosférica, preferiblemente eliminando la necesidad de la compresión del combustible para conseguir la correspondencia de las 4 variables y por lo tanto evitar el coste añadido, complejidad y no fiabilidad asociados.
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En algunas realizaciones, por lo tanto, el diseño de los canales independientes 1165 puede controlar la cantidad de combustible que se suministra en cada una de las respectivas cámaras de combustión con solo una variable exterior en términos de suministro de combustible que se debe controlar, y que es la presión del combustible que se está proporcionando al colector de combustible que alimenta cada una de las trayectorias o cámaras de acceso de flujo de suministro de combustible formadas por las penetraciones de suministro de combustible. La presión del combustible preferiblemente se controla para mantener la temperatura de la corriente de aire del reformador a un nivel para limitar la temperatura del reformador general máxima mientras se suministra el calor requerido por la reacción endotérmica de reformado. La necesidad de compresión del combustible preferiblemente se elimina diseñando todos los canales independientes 1165 para la mínima caída de presión.
El sistema de distribución de combustible descrito antes proporciona varios beneficios frente a la técnica anterior. Por ejemplo, la adición medida de combustible a cada etapa limita preferiblemente el calor que se puede añadir a cada etapa, eliminando así el equilibrio de la combustión, transferencia de calor y reacción de reformado tanto radial como axialmente que debe conseguirse en reformadores tubulares. Además, los intercambiadores de calor entre etapas son de construcción de microestructura (PCHE), que soporta mayores coeficientes de transferencia de calor, minimiza el tamaño del equipo y el uso de aleación alta, reduciendo así el coste, y se puede configurar con una mayor área de la sección transversal y trayectoria de flujo corta para caídas de presión bajas. Además, los intercambiadores de calor se caracterizan fácilmente mediante análisis de ingeniería, sin la necesidad de pruebas a escala completa del producto para validar el rendimiento.
En una realización preferida, se usa la disposición de flujo cruzado para el aspecto de intercambio de calor del reformador 820 y se puede usar una disposición de flujo paralelo para el aspecto de reformado del reformador 820. El uso de una disposición de flujo cruzado en el aspecto del intercambio de calor puede permitir que se dedique una mayor proporción del área de placa del PCR a tareas de intercambio de calor con respecto a lo que se consigue con disposiciones de flujo paralelo o contraflujo, incluyendo los que usan múltiples pasos. Para este fin, el componente del intercambiador de calor de flujo cruzado del reformador 820 se puede acoplar con el componente de cámara o lecho de reformado de flujo paralelo para producir perfiles de temperatura satisfactorios para la corriente del reformador cuando viaja de una cámara o lecho de reformado al siguiente dentro de la serie de etapas de reformado.
Un problema potencial con esta configuración de flujo cruzado se refiere a la posible variación en la temperatura a la salida del intercambiador de calor de cada etapa, debido a que una variación significativa en la temperatura de salida del intercambiador de calor produciría una variación amplia en las características de reacción en la cámara del reformador y catalizador asociados corriente abajo. Estudios de simulación de las ocho etapas de intercambio de calor de una realización para el reformado de 2 SCMH de gas natural usando gas residual de PSA como combustible, que comprende 14 etapas de reformado, sin considerar la conducción de calor de la pared y suponiendo que el fluido entra en el intercambiador de calor a una temperatura uniforme de aproximadamente 730ºC, mostraron que el fluido salía del intercambiador de calor a una temperatura en el intervalo de aproximadamente 765ºC y 825ºC como se muestra en la figura 17. Dicha amplia variación de la temperatura de salida del intercambiador de calor podría producir una amplia variación de las características de reacción de reformado. Sin embargo, cuando se incluía el efecto de la conducción de calor de la pared, el intervalo de temperatura de salida del intercambiador de calor era significativamente menor, como se muestra en la figura 18, p. ej., del orden de aproximadamente 15°C, o de aproximadamente 780°C a aproximadamente 795°C. Tanto en la figura 17 como en la figura 18, con la temperatura a lo largo del eje z, los ejes x e y representan las dimensiones del intercambiador de calor de flujo cruzado con la corriente de aire del reformador fluyendo a lo largo del eje más corto desde la parte superior derecha a la inferior izquierda y fluyendo la corriente del reformador a lo largo del eje más largo desde la parte inferior derecha a la superior izquierda en flujo cruzado con respecto a la corriente de aire del reformador.
Este estrecho intervalo de temperatura de salida puede ser resultado de que las paredes del intercambiador de calor de algunas realizaciones preferiblemente son más gruesas que las de los intercambiadores de calor típicos de aletas. Por lo tanto, se cree que hay una conducción longitudinal a lo largo de la pared que sirve para reducir el intervalo de las temperaturas de salida. Por lo tanto, se prefiere usar el contacto de flujo cruzado sencillo en los intercambiadores de calor que permiten un uso mayor de las placas para el intercambio de calor.
En otras realizaciones de algunos PCR, la corriente de aire del reformador y la corriente del reformador en general se pueden configurar en una disposición de contraflujo, pero pueden usar una serie de pasos de flujo cruzado para lograr el efecto de contraflujo. En esta situación, para conseguir el efecto de contraflujo, una cantidad del área de la placa puede ser inactiva para la transferencia de calor. Para este fin, el gas de reformado se puede conducir de cada lecho de reformado al borde lejano del intercambiador de calor entre etapas antes de que entre en el intercambiador de calor, y después conducir desde el extremo cercano del intercambiador de calor al lecho de reformado sucesivo. Sin embargo, las áreas consumidas en la conducción de la corriente del reformador entre los extremos lejano y cercano del intercambiador de calor a y desde los lechos de reformado pueden ser ineficaces para el intercambio de calor, y se puede así comprometer la eficacia del uso del material de la placa del reformador. Además, los múltiples pasos de la corriente del reformador en cada etapa pueden limitar la anchura de cada elemento de la placa, si la caída de presión no fuera a hacerse excesiva, y por lo tanto componen la pérdida de eficacia del uso del material del reformador cuando la proporción del área de la placa que no es eficaz para el intercambio de calor se mantiene alta.
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Poe consiguiente, aunque dicha configuración es factible, no es la configuración preferida.
El uso de intercambio de calor de flujo cruzado preferiblemente evita la necesidad de llevar la corriente del reformador de un extremo del intercambiador de calor al otro que sale, para conseguir las características de intercambio de calor de contraflujo. Como tal, el uso de flujo cruzado en general disminuye la cantidad de área de placa requerida para el intercambio de calor. Además, reduciendo el número de pasos, la caída de presión a través de los intercambiadores de calor disminuye, lo que a su vez disminuye el número de canales necesarios. La disposición de flujo cruzado preferiblemente también permite el uso de elementos de placa más anchos sin generar caída de presión innecesaria en el lado del reformado, tal como las placas mostradas en la figura 16, descritas a continuación.
El uso de una configuración de flujo paralelo general para el aspecto de reformado del procedimiento, se cree que disminuye los requisitos de control de temperatura del reformador, ya que cuando las corrientes de aire del reformador y del reformador fluyen en la misma dirección a lo largo de la longitud de la configuración del flujo paralelo, sus temperaturas tienden a converger. Por lo tanto, el control de la temperatura de salida de una de las corrientes da como resultado que la temperatura de salida de ambas corrientes sea controlada
La figura 19 muestra las curvas de entalpia compuestas de calor y frío para una realización del sistema reformador. La curva 1910 representa la curva de calor compuesta para las corrientes de calor del procedimiento, es decir, aquellas corrientes que son enfriadas en los intercambiadores de calor, y la curva 1920 es la curva compuesta para las corrientes frías del procedimiento. La aproximación vertical de las curvas es aproximadamente 34ºC y se puede denominar como la condición “pinch” de temperatura. Debido a que el calor no puede fluir desde las corrientes frías a calientes (2ª ley de la termodinámica), la eficacia de recuperación de calor más alta posible se produce para una condición pinch de cero. Por lo tanto, cuanto menor es la condición pinch, mayor es la eficacia de recuperación de calor general. En relación con esto, una condición pinch de 34ºC es bastante pequeña, en especial considerando el hecho de que una de las corrientes implicada en la transferencia de calor es aire a baja presión o gases de combustión que tienen características malas de transferencia de calor. Obsérvese que además de la eficacia de recuperación de calor, la proporción de vapor y la conversión de metano también están relacionados con la eficacia general del procedimiento, como se refleja en la fórmula descrita en la presente memoria. De forma ideal, para evitar pérdida de calor, el calor no debería ser transferido a través de la condición pinch (desde por encima de la condición pinch a por debajo de la condición pinch) en ningún intercambiador de calor. Algunas realizaciones del procedimiento o aparato limitan que ocurra esto por los esquemas del procedimiento, aunque en algunas realizaciones, esta transferencia se produce en una cantidad minoritaria en el intercambiador de calor 164.
Debe indicarse que la realización de 14 etapas del reformador 820 descrita antes con respecto a las figuras 11-12 es solo un ejemplo, y no se pretende limitar las realizaciones del reformador. Tampoco es necesario que el número de etapas de reformado y combustión sea igual. De hecho, están específicamente contemplados diferentes tamaños de placas, configuraciones y/o el uso de cualquier número adecuado de placas y cámaras de reformado y combustión, de modo que el reformador 820 se puede aumentar o reducir de escala para cumplir los requisitos del procedimiento. De hecho, el diseño del reformador de circuito impreso de algunas realizaciones del reformador 820 permite que el reformador 820 sea aumentado o reducido de escala fácilmente sin el coste significativo asociado con el aumento o reducción de escala de un reformador tubular típico. Por ejemplo, cuando se requiere una capacidad de reformado mayor, el tamaño del reformador 820 se puede aumentar añadiendo más placas o celdas a la pila.
Como otro ejemplo para aumentar la capacidad, las placas se pueden aumentar de tamaño como se muestra en la figura 16, expandiendo las placas en una dirección lateral en lugar de aumentar el número de placas en la pila. Como se muestra en la figura 16, las placas de unión 1601, placas del reformador 1621, placas del aire de reformado 1641 y placas del combustible del reformador 1661, se pueden configurar esencialmente como una combinación de imágenes especulares laterales de dos de las correspondientes placas descritas previamente con respecto a las figuras 11A-D. Como se muestra, cada placa tiene dos trayectorias de flujo independientes 1604 y 1608, 1624 y 1628, 1644 y 1648 y 1664 y 1668, respectivamente, que comparten un conjunto central de penetraciones de cámaras o lechos de reformado y penetraciones de cámaras de suministro de combustible 1615 y 1616, 1635 y 1636, 1655 y 1656 y 1675 y 1676 respectivamente. Debido a que las cámaras formadas a partir del conjunto central de penetraciones son compartidas, estas y las penetraciones que lo forman son correspondientemente más grandes que las cámaras formadas por las penetraciones de cámaras o lechos de reformado independientes exteriores y las penetraciones de cámaras de suministro de combustible 1612 y 1613, 1632 y 1633, 1652 y 1653 y 1672 y 1673, que en general pueden corresponder a las penetraciones de cámaras o lechos de reformado y de cámaras de suministro de combustible descritas antes con respecto a las figuras 11A-11D. Cada una de las placas también incluye dos conjuntos de penetraciones de cámaras de combustión 1614 y 1618, 1634 y 1638, 1654 y 1658 y 1674 y 1678 respectivamente, que en general pueden corresponder a las penetraciones de cámaras de combustión descritas antes con respecto a las figuras 11A-11D.
También debe entenderse que las placas de un PCR que corresponden al reformador 820 también se pueden alargar o acortar para incluir más o menos etapas de reformado. Además, debe entenderse también que se pueden hacer modificaciones similares a las descritas antes para el pre-reformador y cualquiera de los intercambiadores de calor descrito aquí que tienen construcción de PCHE.
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En algunas realizaciones, las temperaturas y presiones de algunas de las diferentes corrientes están interrelacionadas y pueden tener las propiedades mostradas en las siguientes tablas 5-8 con referencia a la configuración para el sistema de reformado mostrado en la figura 1 y figura 8, con la corriente de aire de combustión 114 que se combina con la corriente de alimentación de combustible 105 dentro del intercambiador de calor de 5 recuperación del calor del gas de síntesis 110. En algunos casos, los valores se presentan con respecto a otros valores en las tablas, tal como por ejemplo “con respecto a la presión de reformado”, “con respecto a la temperatura de reformado”, “con respecto a la presión atmosférica” o “con respecto a la temperatura de vapor saturado”, en cuyo caso, los valores presentados pueden ser superiores o inferiores ("+ xxx"/"- yyy") o un múltiplo de (“número de veces”) de la propiedad identificada, mostrando la interrelación de las propiedades. Además, en algunos casos, los 10 valores presentados se pueden referir a un parámetro físico específico tal como “superior al punto de rocío” o “inferior al punto de congelación” en cuyo caso la corriente identificada debería satisfacer el requisito basado en el parámetro físico identificado de la corriente. La “presión de reformado” o “temperatura de reformado” en las tablas se refiere a las propiedades asociadas con la corriente de gas de síntesis 180. Debe entenderse que los valores presentados son solo ejemplos y que se pueden usar diferentes configuraciones del sistema de reformado que
15 tienen diferentes condiciones en una o más de las corrientes relevantes.
Tabla 5: Propiedades de temperatura y presión de algunas corrientes del procedimiento de una realización según la figura 1
Presión (bara)
Corrientes 180,170 y 182 - "temperatura de reformado o “presión de reformado"
Intervalo preferido de condiciones
5 a 120
Intervalos de ejemplo de condiciones
10 a 80, 50 a 100, 40 a 60, 50 a 50, 10 a 40,15 a 50, 5 a 20, 5 a 10,10 a 15
Corriente 174
-
Respecto a la presión de reformado: 1,25 a 1 vez
-
Respecto a la presión de reformado: 1,2 a 1,01 veces, 1,15 a 1,01 veces, 1,1 a 1,02 veces
Corriente 811
Respecto a la presión de reformado: 1,25 a 1 vez
Respecto a la presión de reformado: 1,2 a 1,01 veces, 1,15 a 1,01 veces, 1,1 a 1,02 veces
Corriente 160 inmediatamente antes de entrar en el pre-reformador 800
Respecto a la presión atmosférica: 1,25 a 1 vez
Respecto a la presión atmosférica: 1,2 a 1,01 veces, 1,15 a 1,01 veces, 1,1 a 1,02 veces
Corriente 190
Respecto a la presión de reformado: 0,75 a 1 veces
Respecto a la presión de reformado: 0,8 a 0,9999 veces, 0,35 a 03999 veces, 0,95 a 0,993 veces, 0,99 a 0,999 veces

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Tabla 6: Propiedades de temperatura y presión de algunas corrientes del procedimiento de una realización según la figura 1
Presión (bara)
Corriente 189
Respecto a la presión de reformado: 0,75 a 1 vez
Respecto a la presión de reformado: 0,8 a 0,9999 veces, 0,85 a 0,9999 veces, 0,95 a 0,999 veces, 0,99 a 0,999 veces
Corriente 191
Respecto a la presión de reformado: 0,75 a 1 vez
Respecto a la presión de reformado: 0,8 a 0,9999 veces, 0,85 a 0,9999 veces, 0,95 a 0,999 veces, 0,99 a 0,999 veces
Corriente 192
Respecto a la presión de reformado: 0,7 a 0,999 veces
Respecto a la presión de reformado: 0,8 a 0,999 veces, 0,85 a 0,999 veces, 0,95 a 0,9 veces, 0,98 a 0,99 veces
Corriente 102 que entra en el intercambiador de calor de recuperación de calor del gas de síntesis 110
Respecto a la presión de reformado: 1,25 a 1 vez
--
Respecto a la presión de reformado: 1,2 a 1,01 vez, 1,15 a 1,01 vez, 1,1 a 1,03 veces
Corriente 102 que sale del intercambiador de calor de recuperación de calor del gas de síntesis 110
--
Respecto a la presión de reformado: 1,25 a 1 vez
------
Respecto a la presión de reformado:: 1,2 a 1,01 vez, 1,15 a 1,01 vez, 1,1 a 1,03 veces

Tabla 7: Propiedades de temperatura y presión de algunas corrientes del procedimiento de una realización según la figura 1
Presión (bara)
Corriente 108 que entra en el intercambiador de calor de recuperación de calor del gas de síntesis 109
Respecto a la presión de reformado: 1,3 a 1 vez
Respecto a la presión de reformado: 1,2 a 1,01 veces, 1,15 a 1,01 veces, 1,1 a 1,03 veces

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Presión (bara)
Corriente 108 que entra en el intercambiador de calor de recuperación de calor del gas de síntesis 109
Corriente 108 que sale del intercambiador de calor de recuperación de calor del gas de síntesis 109
Respecto a la presión de reformado: 1,3 a 1 vez
Respecto a la presión de reformado: 1,2 a 1,01 veces, 1,15 a 1,01 vez, 1,1 a 1,03 veces
Corriente 107, corriente de alimentación de aire que entra en el intercambiador de calor de recuperación de calor del gas de síntesis 110
Respecto a la presión atmosférica: 1,2 a 1 vez
-
Respecto a la presión de reformado: 1,2 a 1,01 veces, 1,15 a 1,01 veces, 1,11 a 1,03 veces
Corriente 107, corriente de alimentación de aire que sale del intercambiador de calor de recuperación de calor del gas de síntesis 110
--
Respecto a la presión atmosférica: 1,2 a 1 vez
------
Respecto a la presión atmosférica: 1,2 a 1,01 vez, 1,15 a 3,01 veces, 1,1 a 1,03 veces
Corriente 105, corriente de alimentación de combustible que entra en el intercambiador de calor de recuperación de calor del gas de síntesis 110
Respecto a la presión atmosférica: 10 a 1,01 vez
--
Respecto a la presión atmosférica: 8 a 1,01 veces, 5 a 1,01 veces, 1,2 a 1,0 veces, 1,1 a 1,03 veces

Tabla 8: Propiedades de temperatura y presión de algunas corrientes del procedimiento de una realización según la figura 1
Temperatura (°C)
Presión (bara)
Corriente 118, efluente de aire/combustible del intercambiador de calor de recuperación de calor del gas de síntesis110
--
Respecto a la presión atmosférica: 10 a 1,01 veces
Respecto a la temperatura de la corriente de alimentación de gas de síntesis 190: -25 a -90, -25 a -50, -25 a -40
Respecto a la presión atmosférica: 8 a 1,01 veces, 5 a 1,01 veces, 1,2 a 1,01 veces, 1,1 a 1,03 veces
Corriente 162
Respecto a la presión atmosférica: 1,1 a 1 vez
Respecto a la presión atmosférica: 1,05 a 1,001 veces, 1,02 a 1,001 veces
Corriente 163 que entra en el intercambiador de calor 164

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Temperatura (°C)
Presión (bara)
Corriente 118, efluente de aire/combustible del intercambiador de calor de recuperación de calor del gas de síntesis110
Respecto a la presión atmosférica: 1,1 a 1 vez
Respecto a la presión atmosférica: 1,05 a 1,001 veces, 1,02 a 1,001 veces
Corriente 163 que sale del intercambiador de calor 164
Respecto a la presión atmosférica: 1,1 a 1 vez
Respecto a la presión atmosférica: 1,05 a 1,001 veces, 1,02 a 1 vez
Corriente 108 que sale del intercambiador de calor 164
Respecto a la presión de reformado: 1,25 a 1 vez
130 a temperatura de vapor saturado 150 a temperatura de vapor saturado 180 a temperatura de vapor saturado
Respecto a la presión de reformado: 1,1 a 1,001 veces, 1,1 a 1,01 veces, 1,1 a 1,05 veces
Corriente 172
Respecto a la presión de reformado: 1,25 a 1 vez
Respecto a la presión de reformado: 1,1 a 1,001 veces, 1,1 a 1,01 veces, 1,1 a 1,05 veces

Las figuras 20-21 muestran las vistas en perspectiva frontal y trasera de una configuración parcial de una realización de un sistema reformador 700. Las figuras se han simplificado eliminado las partes del sistema de tuberías. La realización mostrada corresponde a un sistema que tiene el esquema de la figura 7. Como tal, solo la corriente de alimentación de aire 107, corriente de aire de combustión 114, corriente de combustible 104, corriente de hidrocarburo gaseoso 102 entran en el intercambiador de calor de recuperación de calor del gas de síntesis110 y la corriente de agua 108 entra en el intercambiador de calor 109, que es parte del intercambiador de calor de recuperación de calor del gas de síntesis 110, para intercambiar calor con la corriente del gas de síntesis 190 que sale del reactor de intercambio de agua-gas 186. Entre las corrientes o sistema de tuberías no mostrados está la división de la mezcla de combustible/aire que sale del intercambiador de calor de recuperación de calor del gas de síntesis 110 para alimentar combustible/aire a la corriente de aire que sale del intercambiador de calor de recuperación de calor del gas de síntesis 110, antes de las corrientes que entran en los precalentadores 120 y 122, ya que esto se produce dentro del cabezal 2010 que suministra al pre-calentador 120 en conexión con el cabezal 2015 para el pre-calentador 122. Después de ser pre-calentada en el pre-calentador 120, el combustible sale del pre-calentador como la corriente de combustible del reformador y entra en el cabezal de suministro de combustible 2020 que expande la longitud del reformador 820 y proporciona suministro del combustible a cada una de las trayectorias o cámaras de acceso de flujo de suministro de combustible individuales en la pila del reformador. De esta forma, el combustible se puede suministrar a cada una de las etapas del reformador en paralelo y el suministro se puede controlar de forma pasiva por las configuraciones de las corrientes de suministro de combustible individuales que se conectan a cada cámara de combustión en el reformador. Puesto que esta realización corresponde a una realización según la figura 7, la corriente de agua 108 recibe calor directamente de la corriente de gases de combustión 160 cuando sale del pre-reformador 800 sin pre-calentamiento de la corriente de gases de combustión. Después de salir del intercambiador de calor 164, la corriente de agua 108 avanza para templar el intercambiador de calor 165, donde recibe calor de una parte de la corriente del gas de síntesis 180 después de que se divide justo después de salir del reformador 820. Como se muestra en las figuras 20-21, el pre-reformador 800 y reformador 820 comprende cada uno PCR que están apilados y placas unidas por difusión como se describe con respecto a la figura 9 y figura 11, respectivamente y después puestas en sus laterales.
También se muestran en las figuras 20-21 los cabezales de hidrocarburo gaseoso-vapor 2102 que alimentan la corriente de hidrocarburo gaseoso-vapor 174 a los canales de hidrocarburo gaseoso-vapor en las placas de hidrocarburo gaseoso-vapor del reformador 800 y cabezal de la corriente del reformador 2104 que recoge la
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corriente del reformador 811 cuando sale del pre-reformador 800 por los canales de corriente del reformador 800. Desde el cabezal 2104, la corriente del reformador 811 conecta con el cabezal de la corriente del reformador 2110 que alimenta los canales de entrada de la corriente del reformador de las placas unidas y placas del reformador que están incluidas en el reformador 820. Las figuras 20-21 también incluyen el cabezal de corriente del gas de síntesis 5 2106 que recoge las corrientes reformadas que salen de las placas de unión y las placas de reformador del reformador 820 por los canales de salida de la corriente del reformador para formar la corriente del gas de síntesis
180. En la figura 21, la cámara de combustión y la cámara de reformado creadas apilando las placas se muestran cubiertas con cubiertas de las penetraciones 2108, que pueden estar conectadas, tal como soldadas o conectadas de otra forma a lo largo de las penetraciones de cámaras de combustión y de cámaras de reformado en la placa final
10 del reformador 820.
Todas las publicaciones y solicitudes de patente mencionadas en esta memoria descriptica se incorporan en la presente memoria por referencia en la misma medida como si cada una de las publicaciones o solicitudes de patente individuales se indicara específica e individualmente que se incorpora por referencia.
Aunque se han mostrado realizaciones preferidas de la presente invención y se han descrito en la presente
15 memoria, será obvio para los expertos en la técnica que dichas realizaciones se proporcionan solo a modo de ejemplo. Se pretende que las siguientes reivindicaciones definan el alcance de la invención.

Claims (20)

  1. 5
    10
    15
    20
    25
    30
    35
    40
    45
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    REIVINDICACIONES
    1.-Un procedimiento de reformado de hidrocarburo gaseoso-vapor que comprende:
    c) la combustión parcial de combustible en una parte de la mezcla de combustible/aire (118) para formar una corriente de combustible calentada (124) que tiene una temperatura superior a las condiciones de carburización catastrófica para usar en las etapas del reformador (821-825);
    d) la combustión de una parte de la mezcla de combustible aire (118) en presencia de al menos una de las corrientes de aire precalentadas (107) para formar una corriente de aire calentada (126) que tiene una temperatura superior a las condiciones de carburización catastrófica para usar en las etapas del reformador (821-825);
    e) calentar una o más corrientes de agua (108) para formar vapor (172);
    f) mezclar el vapor (172) con una o más corrientes de hidrocarburo gaseoso (102) para formar una corriente de hidrocarburo gaseoso-vapor (174);
    g) calentar y reformar parcialmente la corriente de hidrocarburo gaseoso-vapor (174) en una o más etapas de prereformado (801-803) para formar una corriente del reformador (811), en donde a lo largo de una o más etapas de pre-reformado (801-803), la corriente de hidrocarburo gaseoso-vapor (174) tiene una combinación de temperatura y composición que evita las condiciones de carburización catastrófica y carbonización;
    h) reformar la corriente del reformador (811) en una o más etapas del reformador (821-825) para formar una corriente de gas de síntesis (180) y una corriente de gases de combustión (160), en donde a lo largo de una o más etapas de reformado (821-825), la corriente del reformador (811) tiene una combinación de temperatura y composición que evita las condiciones de carburización catastrófica y carbonización.
  2. 2.-El procedimiento según la reivindicación 1, que además comprende las etapas de:
    a) precalentar una o más corrientes de aire (106) para formar la una o más corrientes de aire precalentadas (126); y
    b) combinar al menos una corriente de aire (114) con una parte de al menos una corriente de combustible (105) para formar la mezcla de combustible/aire (118) que tiene una temperatura inferior a las condiciones de la carburización catastrófica.
  3. 3.-El procedimiento según la reivindicación 2, que además comprende las etapas de:
    i) recuperar calor de la corriente de gases de combustión (160) para proporcionar calor a las etapas de prereformado (801-803) en la etapa g) y proporcionar precalentamiento a la corriente de agua (108); y
    j) recuperar calor de la corriente de gas de síntesis (180) para precalentar la corriente de aire (106) de la etapa a) y proporcionar calor para formar la corriente en la etapa e).
  4. 4.-El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en donde cada una de dichas etapas de prereformado (801-803) comprende:
    i) recuperar calor de dicha corriente de gases de combustión (160) para calentar dicha corriente de hidrocarburo gaseoso-vapor (174); y
    ii) reformar parcialmente la corriente de hidrocarburo gaseoso-vapor calentada (174), que opcionalmente comprende además
    iii) templar al menos una parte de la corriente de gas de síntesis (180) en un intercambiador de calor de temple (165).
  5. 5.-El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en donde dicho reformado y re-calentamiento de la corriente del reformador (811) en una o más etapas del reformador (821-825) para formar una corriente de gas de síntesis (180) y una corriente de gases de combustión (160) comprende múltiples etapas de:
    i) calentar la corriente del reformador (811) recuperando calor de una corriente de aire calentada en un intercambiador de calor (831-835), para formar una corriente del reformador calentada y una corriente de aire enfriada;
    ii) reformar al menos una parte de la corriente del reformador calentada; y
    iii) la combustión de una parte de la corriente de combustible calentada en presencia de la corriente de aire enfriada para formar la corriente de aire calentada para la siguiente etapa.
  6. 6.-El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, que comprende además:
    56 5
    10
    15
    20
    25
    30
    35
    40
    45
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    reducir la carburización catastrófica y/o carbonización durante la etapa de reformado calentando y pre-reformando la corriente de hidrocarburo gaseoso-vapor (174) en una etapa de pre-reformado (801-803), antes de reformar la corriente de hidrocarburo gaseoso-vapor (174), opcionalmente en donde el calentamiento comprende recuperar calor de la corriente de gases de combustión (160) a la corriente de hidrocarburo gaseoso-vapor (174) en un intercambiador de calor (110).
  7. 7.-El procedimiento de la reivindicación 5, en donde una cantidad de la mezcla de combustible/aire (118) suministrada a la etapa de combustión de cada una de al menos tres etapas se controla de forma pasiva, opcionalmente en donde dicho control pasivo se logra equilibrando las caídas de presión en los conductos de combustible y aire a lo largo del procedimiento de reformado de hidrocarburo gaseoso-vapor.
  8. 8.-El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en donde dicho procedimiento tiene una eficiencia energética o una conversión de hidrocarburo mayor de 50%.
  9. 9.-El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en donde las condiciones de carburización catastrófica y carbonización se evitan dentro de todos los intercambiadores de calor, etapas de pre-reformado (801803) y etapas de reformado (821-825) dentro del procedimiento.
  10. 10.-Un aparato para el reformado con vapor de un hidrocarburo gaseoso que comprende:
    b) un divisor de flujo de aire (115) que divide la corriente de aire (106) en una primera corriente de aire (114) y una segunda corriente de aire (107), conectando la primera corriente de aire (114) con una corriente de combustible para formar una mezcla de combustible/aire (118);
    c) un divisor de flujo de combustible (116) que divide la mezcla de combustible/aire (118) en una primera corriente de combustible/aire (119) y una segunda corriente de combustible/aire (117), conectando la primera corriente de combustible/aire (119) con un precalentador de combustible (120) y conectando la segunda corriente de combustible/aire (117) con un precalentador de aire (122);
    d) un precalentador de combustible (120) que combustiona parcialmente el combustible en la primera corriente de combustible/aire (119) para formar una corriente de combustible calentada (124) para usar en un reformador (150, 820);
    e) un precalentador de aire (122) que combustiona la segunda corriente de combustible/aire (117) en presencia de la segunda corriente de aire (107) para formar una corriente de aire calentada (126) para usar en un reformador (150, 820);
    f) un pre-reformador (800) que reforma parcialmente una corriente de hidrocarburo gaseoso calentada (174) en presencia de vapor para formar una corriente del reformador (811);
    g) el reformador (150, 820) que reforma la corriente del reformador (811) para formar una corriente de gas de síntesis (180).
  11. 11.-El aparato de la reivindicación 10, que además comprende:
    a) un intercambiador de calor de recuperación de calor del gas de síntesis (110) que recupera calor desde una corriente de gas de síntesis (180) a al menos una corriente de aire; y
    h) un intercambiador de temple (165) que recupera calor de la corriente de gas de síntesis (180) para formar vapor a partir de una corriente de agua para el pre-reformador (800).
  12. 12.-El aparato de la reivindicación 10 u 11, en donde el pre-reformador (800) o dicho reformador (150, 820) comprende un reactor de circuito impreso.
  13. 13.-El aparato de la reivindicación 10, 11 o 12, en donde dicho reformador (150, 820) comprende una o más etapas del pre-reformador (801-803) y una o más etapas del reformador (821-825).
  14. 14.-El aparato según la reivindicación 13, en donde cada una de dichas etapas del pre-reformador (801-803) comprende un intercambiador de calor (804-806) y una cámara de catalizador, opcionalmente en donde dichas etapas del pre-reformador (801-803) se configuran para recuperar calor por el intercambiador de calor (804-806) de una corriente de gases de combustión (160) que sale del reformador (150, 820).
  15. 15.-El aparato de la reivindicación 13 o 14, en donde dichas etapas del reformador (821-825) comprenden:
    i) un intercambiador de calor (831-835) que calienta la corriente del reformador (811) recuperando calor de la corriente de aire calentada para formar una corriente de aire enfriada;
    ii) un lecho de reformado (841-845) que reforma la corriente del reformador calentada (811); y
    iii) una cámara de combustión (851, 852, 853, 855) que combustiona una parte de la corriente de combustible
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    calentada (124) para recalentar la corriente de aire enfriada.
  16. 16.-El aparato de la reivindicación 15, en donde dicho aparato incluye una red de control de la distribución de combustible configurada para el control pasivo de la cantidad de corriente de combustible calentada (124) suministrada a cada cámara de combustión (851, 852, 853, 855) en las etapas del reformador (821-825).
    5 17.-El aparato según cualquiera de las reivindicaciones 10 a 16, en donde dicho aparato comprende además al menos un intercambiador de calor (110) que recupera calor de dicha corriente de gas de síntesis (180) después de salir del reformador (150, 820).
  17. 18.-El aparato según la reivindicación 17, en donde dicho al menos un intercambiador de calor (110) comprende al menos un intercambiador de calor de temple (165) que recupera calor de una parte de dicha corriente de gas de
    10 síntesis (180).
  18. 19.-El aparato según la reivindicación 17, en donde dicho al menos un intercambiador de calor (110) comprende un intercambiador de calor de múltiples corrientes.
  19. 20.-El aparato de cualquiera de las reivindicaciones 10 a 19, en donde dicho aparato se configura para evitar o reducir las condiciones de carburización catastrófica y carbonización dentro de todos los intercambiadores de calor,
    15 etapas de pre-reformado y etapas de reformado.
  20. 21.-El aparato de cualquiera de las reivindicaciones 10 a 20, que además comprende un reactor de intercambio de agua-gas (186) que aumenta la concentración de hidrógeno en la corriente de gas de síntesis (180) después de que la corriente de gas de síntesis (180) sale del reformador (150, 820).
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