ES2709688T3 - Procedimiento e instalación para la producción de gas de síntesis mediante reformado catalítico con vapor de un gas de alimentación que contiene hidrocarburo - Google Patents

Procedimiento e instalación para la producción de gas de síntesis mediante reformado catalítico con vapor de un gas de alimentación que contiene hidrocarburo Download PDF

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Abstract

Procedimiento para la producción de un gas de síntesis constituido principalmente por hidrógeno y monóxido de carbono mediante reformado catalítico con vapor de un gas de alimentación que contiene hidrocarburo, en donde el calor requerido para el desarrollo de las reacciones de reformado químicas se genera por quemadores con generación de un gas de combustión y en donde, con uso del calor contenido en el gas de síntesis y en el gas de combustión, se genera un vapor limpio del agua de alimentación de la caldera y un vapor de proceso del condensado de proceso, caracterizado por que para la generación del vapor limpio se usa gas de síntesis y gas de combustión y para la generación del vapor de proceso una parte del vapor limpio como medio de transmisión de calor y la parte restante del vapor limpio se extrae como vapor de exportación del procedimiento y por que se ajustan independientemente una de otra las presiones respectivas de la parte del vapor limpio, que se usa como medio de transmisión de calor para la generación de vapor de proceso, y de la parte que se extrae como vapor de exportación del procedimiento.

Description

DESCRIPCION
Procedimiento e instalacion para la production de gas de sintesis mediante reformado catalttico con vapor de un gas de alimentation que contiene hidrocarburo
Ambito de la invencion
La invencion se refiere a un procedimiento para la produccion de un gas de sintesis constituido principalmente por hidrogeno y monoxido de carbono mediante reformado catalitico con vapor de un gas de alimentacion que contiene hidrocarburo, en donde para el desarrollo de las reacciones de reformado quimicas se genera el calor requerido por quemadores con generation de un gas de combustion y en donde con aprovechamiento del calor contenido en el gas de sintesis y en el de combustion se genera un vapor puro de agua de alimentacion de calderas y un vapor de proceso de condensado de proceso.
La invencion se refiere adicionalmente a una instalacion para llevar a cabo este procedimiento.
Estado de la tecnica
Se conocen procedimientos e instalaciones de este tipo. El procedimiento en el que se fundamenta la presente para el reformado catalitico con vapor de un gas de alimentacion que contiene hidrocarburo se describe por ejemplo en Ullmanns Encyclopedia of Industrial Chemistry, Sexta edition, vol. 15, Gas Production, Capitulo 2. Los gases de alimentacion, un gas que contiene hidrocarburo, como por ejemplo gas natural y vapor de agua se conducen a este respecto a presion elevada, por ejemplo de 20 a 35 bar, y alta temperatura, por ejemplo de 800 a 950° C, mediante tubos reactores rellenos de catalizador, calentados desde el exterior. A este respecto se transforman los gases de alimentacion en gas de sintesis rico en hidrogeno y en monoxido de carbono. Un reactor tubular de este tipo se designa como SMR y el procedimiento como procedimiento SMR, abreviatura de Steam-Methane-Reformer (reformador de metano con vapor). Para la separation de la proportion de hidrogeno del gas de sintesis se usa frecuentemente el procedimiento de adsorcion por oscilacion de presion, que se describe propiamente en Ullmann-Band, en el capitulo 5.5.3.
En lo que respecta a la economia del procedimiento es muy importante que para el calentamiento de los gases de alimentacion y la realization de, en suma, las reacciones de reformado endotermicas se aproveche lo mas posible la energia termica expedida para la generacion de vapor. El vapor de agua usado, junto con el gas de alimentacion que contiene hidrocarburo, se designa como vapor de proceso. Este se obtiene mediante revaporizaciones del condensado formado y separado en su enfriamiento a partir del gas de sintesis. El contenido termico del gas de sintesis y del gas de combustion supera no obstante la cantidad de calor necesaria para la generacion del vapor de proceso. Para aprovechar este calor en exceso significativo, se usa para la generacion del denominado calor de exportation, que se usa principalmente fuera del proceso SMR. Para cargar el vapor de exportacion sin impurezas desde el proceso SMR, se usa para su generacion agua de alimentacion a la caldera fresca. Una parte del vapor de exportacion se usa para equilibrar perdidas de purgas en la generacion del vapor de proceso.
El uso del calor contenido en el gas de sintesis y en el gas de combustion para la generacion de vapor se realiza en muchos casos de modo que se lleva a cabo un intercambio de calor directo entre estos gases y el condensado de proceso y el agua de alimentacion a caldera. El documento de patente alemana DE 102010044939 B3 describe un procedimiento realizado de este modo. El docum ento US 2005/0288381 A1 da a conocer igualmente un procedimiento de realizado de este tipo.
El objetivo de la invencion consiste en proporcionar un procedimiento y una instalacion en las que se consigue alternativamente la transferencia de calor desde gas de sintesis y desde gas de combustion para la generacion del vapor.
Descripcion de la invencion
El objetivo se consigue con el procedimiento segun la reivindicacion 1 y una instalacion segun la invencion con las caracteristicas de la reivindicacion 2.
Procedimiento segun la invencion:
Procedimiento para la produccion de un gas de sintesis constituido principalmente por hidrogeno y monoxido de carbono mediante reformado catalitico con vapor de un gas de alimentacion que contiene hidrocarburo, en donde el calor requerido para el desarrollo de las reacciones de reformado quimicas se genera por quemadores con generacion de un gas de combustion y en donde, con uso del calor contenido en el gas de sintesis y en el gas de combustion, se genera un vapor limpio del agua de alimentacion de la caldera y un vapor de proceso del condensado de proceso, caracterizado por que para la generacion del vapor limpio se usa gas de sintesis y gas de combustion y para la generacion del vapor de proceso una parte del vapor limpio como medio de transmision de calor y la parte restante del vapor limpio se extrae como vapor de exportation del procedimiento y por que se ajustan independientemente una de otra las presiones respectivas de la parte del vapor limpio, que se usa como medio de transmision de calor para la generacion de vapor de proceso, y de la parte que se extrae como vapor de exportacion del procedimiento. Una presion requerida frecuentemente por el usuario externo al proceso para el vapor de exportacion es de 52 bar. Pero esta presion no es optima para el uso interno en el procedimiento del vapor como medio de transmision de calor. Esta configuration hace posible reducir la presion para este uso interno por ejemplo a 39 bar. Mediante esta reduction de la presion se aumenta la entalpia de condensation del vapor en 5,8%, lo que conduce a una reduccion de la cantidad de vapor limpio necesaria para la generacion del vapor de proceso. Ademas se pueden disponer las partes usadas para la generacion del vapor de proceso a una presion menor, y con ello con menor coste.
Instalacion segun la invencion:
Instalacion para la realization del procedimiento segun la invencion, que comprende:
- Al menos un horno tubular para la realizacion del reformado catalitico con vapor,
- Una caldera para la desgasificacion termica del agua de alimentation de caldera,
- Una caldera de vapor para la generacion de vapor limpio a partir del agua de alimentacion de la caldera,
- Respectivamente al menos un intercambiador de calor para el calentamiento y evaporation del agua de alimentacion a caldera mediante gas de sintesis y mediante gas de combustion,
- Al menos un aparato para la separation mecanica de condensado del gas de sintesis,
- Una caldera de vapor para la generacion de vapor de proceso, configurada con un intercambiador de calor adecuado para el uso de vapor limpio como medio de transmision de calor,
caracterizado por que se encuentran disponibles dispositivos de regulation separados para el ajuste y regulation de presiones de la parte del vapor limpio que se usa como medio de transmision de calor para la generacion de vapor de proceso, y de la parte que se recupera como vapor de exportacion del procedimiento. Mediante este diseno se puede ajustar por separado la presion del vapor a los requerimientos del receptor de vapor de exportacion y tambien de la generacion de vapor de proceso.
Una configuracion preferida de la instalacion segun la revindication se caracterizada por que la caldera de vapor esta configurada para la generacion de vapor de proceso con un intercambiador de calor de placas interior. Los intercambiadores de calor de placas disponen de mucha superficie de intercambio de calor con respecto a las dimensiones externas del intercambiador de calor, de modo que se integran los intercambiadores de calor en la caldera de vapor y con ello puede suprimirse un intercambiador de calor dispuesto exteriormente. Mediante este diseno se reduce la necesidad de espacio para las partes de la instalacion de generacion de vapor de proceso.
Una configuracion preferida adicional de la instalacion segun la invencion se caracteriza por que las partes de la instalacion que entran en contacto con el condensado de proceso y el vapor de proceso se componen de acero inoxidable. Mediante este diseno es posible que impurezas como CO y CO2 se queden en el condensado de proceso, es decir no se contamina el entorno con una desgasificacion del condensado de proceso y estos componentes se realimentan, mediante el vapor de proceso, al proceso de reformado. Con el uso de acero inoxidable puede omitirse igualmente la adicion de productos quimicos para la union de oxigeno y para el ajuste del pH.
Ejemplo de realizacion
Otras caracteristicas, ventajas y posibilidades de aplicacion de la invencion resultan de la description siguiente de un ejemplo de realizacion y ejemplo numerico y del dibujo. A este respecto todas las caracteristicas descritas y/o representadas en el dibujo de por si o en combination discrecional constituyen el objeto de la invencion, independientemente de su resumen en las reivindicaciones o su relation de simbolos.
El procedimiento segun la invencion se debe aclarar a continuation en funcion del dibujo de la Fig. 1. Este muestra:
Fig. 1 un diagrama de flujo de una realizacion a modo de ejemplo de la instalacion segun la invencion
Figura 1:
El diagrama de flujo muestra una realizacion a modo de ejemplo de la instalacion 1 segun la invencion que sirve en este ejemplo para la produccion de hidrogeno a partir del gas de alimentacion que contiene hidrocarburo como, por ejemplo, gas natural y vapor de agua. Se representan solo las partes esenciales para el entendimiento de la invencion de la instalacion o bien del procedimiento.
En el reformador SMR 2 configurado como horno tubular se transforma el gas de alimentacion que se compone de gas natural 3 y vapor de proceso 4 principalmente en gas de sintesis 5 constituido por monoxido de carbono e hidrogeno. El reformador SMR 2 se calienta con los quemadores 6, de los que se representan aqui solo uno, que se operan con aire 7 y gas combustible 8, generandose un gas de combustion 9. Para usar el calor contenido en el gas de sintesis 5 y en el gas de combustion 9 se usan estos como medio de transmision de calor para el calentamiento de la caldera de vapor 10, mediante el intercambiador de calor 10a y 10b, y el gas de sintesis 5 adicionalmente tambien para el calentamiento del gas natural 3 mediante el intercambiador de calor 20 y la caldera de desgasificacion 11, mediante el intercambiador de calor 11a. En la caldera de desgasificacion 11 se desgasifica termicamente el agua de alimentacion a la caldera 12, se retira el gas 21 expulsado de la instalacion. El agua de alimentacion a la caldera desgasificada y calentada se aporta por el conducto 13 a la caldera de vapor 10, evaporandose al vapor limpio 14. Una parte del vapor limpio 14 se retira como vapor de exportacion 14a del procedimiento o bien de la instalacion, la otra parte 14b se usa como vapor caliente, para el calentamiento de la caldera de vapor 17, que esta configurada con el intercambiador de calor de placas interior 17a. El condensado que se genera en el intercambiador de calor 17a se recupera por el conducto 22 a la caldera de desgasificacion 11.
Con las valvulas 23a y 23b se ajustan respectivamente las presiones de los vapores 14a y b.
El gas de combustion 9 se retira tras el intercambio de calor con agua de alimentacion a la caldera en el intercambiador 10b, para el posterior tratamiento fuera del procedimiento.
En el separador de condensado 15 se separa condensado 16 acuoso formado en el gas de sintesis y se introduce en la caldera de vapor 17. Ahi se evapora mediante el intercambiador de calor 17a, dando vapor de proceso 4, donde se usa una corriente parcial del vapor limpio 14 como vapor caliente 14a, medio de transmision de calor, y a continuation se introduce en la caldera de desgasificacion 11. Tras la separation del condensado se trata el gas de sintesis 5 en la instalacion de adsorcion por oscilacion de presion 18, separandose la proportion de hidrogeno 19 del gas de sintesis y se retira para el tratamiento posterior fuera de la instalacion o del procedimiento. El gas restante 8 que permanece tras la combustion del hidrogeno se aporta como gas combustible 8 a los quemadores 6 del reformador s Mr 2.
Aplicabilidad comercial
La invencion pone a disposition un procedimiento alternativo y una instalacion alternativa para la produccion de gas de sintesis mediante reformado con vapor de un gas que contiene hidrocarburo. A este respecto se configuro de nuevo el sistema para la generation de vapor de proceso, con lo que se consiguen ventajas energeticas y constructivas. La invencion se puede aplicar por parto comercialmente.
Lista de referencias
1 Instalacion segun la invention
2 Reformador SMR
3 Corriente de gas natural
4 Vapor de proceso
5 Gas de sintesis
6 Quemador
7 Aire para la combustion
8 Gas residual/combustible
9 Gas de combustion
10 Caldera de vapor para vapor de exportation, con intercambiadores de calor 10a, b 11 Caldera de desgasificacion con intercambiador de calor 11a
12 Agua de alimentation a caldera, fresca
13 Agua de alimentacion a caldera, desgasificada
14 Vapor limpio
14a Vapor de exportacion
14b Vapor caliente
15 Separador de condensados
16 Condensados
17 Caldera de vapor para vapor de proceso, con intercambiadores de calor 17a 18 Instalacion de adsorcion por oscilacion de presion
19 Hidrogeno
20 Intercambiador de calor
21 Gas, retirado del agua de alimentacion de caldera
22 Conducto para la recuperation de condensado
23 a, b Valvulas para la regulation de la presion de vapor

Claims (4)

REIVINDICACIONES
1. Procedimiento para la produccion de un gas de sintesis constituido principalmente por hidrogeno y monoxido de carbono mediante reformado catalttico con vapor de un gas de alimentacion que contiene hidrocarburo, en donde el calor requerido para el desarrollo de las reacciones de reformado quimicas se genera por quemadores con generation de un gas de combustion y en donde, con uso del calor contenido en el gas de sintesis y en el gas de combustion, se genera un vapor limpio del agua de alimentacion de la caldera y un vapor de proceso del condensado de proceso, caracterizado por que para la generacion del vapor limpio se usa gas de sintesis y gas de combustion y para la generacion del vapor de proceso una parte del vapor limpio como medio de transmision de calor y la parte restante del vapor limpio se extrae como vapor de exportation del procedimiento y por que se ajustan independientemente una de otra las presiones respectivas de la parte del vapor limpio, que se usa como medio de transmision de calor para la generacion de vapor de proceso, y de la parte que se extrae como vapor de exportacion del procedimiento.
2. Instalacion para la realization del procedimiento segun la reivindicacion 1, que comprende:
- Al menos un horno tubular para la realizacion del reformado catalitico con vapor,
- Una caldera para la desgasificacion termica del agua de alimentacion de caldera,
- Una caldera de vapor para la generacion de vapor limpio a partir del agua de alimentacion de la caldera, - Respectivamente al menos un intercambiador de calor para el calentamiento y evaporation del agua de alimentacion a caldera mediante gas de sintesis y mediante gas de combustion,
- Al menos un aparato para la separation mecanica de condensado del gas de sintesis,
- Una caldera de vapor para la generacion de vapor de proceso, configurada con un intercambiador de calor adecuado para el uso de vapor limpio como medio de transmision de calor,
caracterizada por que se encuentran disponibles dispositivos de regulation separados para el ajuste y regulation de presiones de la parte del vapor limpio que se usa como medio de transmision de calor para la generacion de vapor de proceso, y de la parte que se recupera como vapor de exportacion del procedimiento.
3. Instalacion segun la reivindicacion 2, caracterizada por que la caldera de vapor esta configurada para la generacion de vapor de proceso con un intercambiador de calor de placas interior.
4. Instalacion segun una de las reivindicaciones 2 o 3, caracterizado por que las partes de la instalacion que entran en contacto con el condensado de proceso y el vapor de proceso se componen de acero inoxidable.
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