ES2884806T3 - Procedimiento de control de una reacción de reformado mediante la medición de la temperatura de los tubos de reformado y modificación de los parámetros de realizaciones - Google Patents
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Abstract
Procedimiento de control de un procedimiento de reformado con vapor de hidrocarburos implementado en una cámara de combustión que comprende quemadores y tubos, estando dichos tubos llenos de catalizadores y siendo aptos para ser atravesados por una mezcla de hidrocarburos y de vapor, estando los quemadores dispuestos para transferir el calor de su combustión a la mezcla de hidrocarburos y de vapor a través de la pared de los tubos, en el que se mide la temperatura de la pared T de cada tubo, preferentemente en la parte aguas abajo del tubo, caracterizado por que: - las etapas de medición de la temperatura de pared T de cada tubo se realizan al menos una vez por mes, - después de haber medido la temperatura T de cada tubo, se identifican los tubos denominados «muy calientes» es decir aquellos cuya temperatura medida T es mayor o igual a MOT - 10ºC. Si para al menos uno de los tubos la temperatura medida T es mayor o igual a MOT - 10ºC, entonces la temperatura de este al menos un tubo identificado se mide más frecuentemente, y preferentemente todos los días, y - cuando para al menos un tubo, la temperatura medida T es mayor o igual a MOT, se modifica al menos un parámetro operativo del procedimiento de reformado para disminuir la temperatura medida T de este tubo a un valor menor que MOT, en el que MOT es la temperatura óptima de funcionamiento de los tubos, igual a DTT - 15ºC, siendo DTT la temperatura de diseño del tubo.
Description
DESCRIPCIÓN
Procedimiento de control de una reacción de reformado mediante la medición de la temperatura de los tubos de reformado y modificación de los parámetros de realizaciones
La presente invención se refiere a un procedimiento de control de un procedimiento de reformado con vapor de hidrocarburos para obtener un gas de síntesis.
Un procedimiento de reformado con vapor de hidrocarburos se lleva a cabo en una cámara de combustión de un horno de reformado que comprende quemadores y tubos llenos de catalizadores, y aptos para ser atravesados por una mezcla de hidrocarburos y de vapor. Los quemadores están dispuestos para transferir el calor de su combustión a la mezcla de hidrocarburos y de vapor a través de la pared de los tubos, generalmente por radiación del calor de la llama sobre las paredes refractarias de la cámara de combustión.
Unos hornos de reformado que comprenden quemadores y tubos llenos de fluidos a calentar se conocen por los documentos de patente EP 1 216 955 A2, US 3,656,913 o GB 1 247 338. Los tubos de reformado presentan habitualmente una duración de vida de aproximadamente 100.000 horas en las condiciones normales de uso.
Unas temperaturas más elevadas de lo previsto reducen la vida útil de los tubos: así, la vida útil se puede dividir por 2 si el tubo se utiliza a una temperatura de 10 a 20°C más alta que su temperatura de diseño o DTT (es decir Design Temperature of the tube).
Sin embargo, unas temperaturas elevadas son siempre deseables para aumentar el rendimiento de producción de gas de síntesis.
En consecuencia, es necesario controlar el procedimiento implementado en el horno para aplicar una temperatura elevada que permita un rendimiento elevado de gas de síntesis asegurando al mismo tiempo que esta temperatura no reduzca la vida útil de los tubos de reformado. Se considera la temperatura DTT-15°C como la temperatura máxima a la que el horno de reformado puede usarse sin riesgo, esta temperatura máxima de uso se denomina también MOT (o Maximum Operating Temperature).
El objetivo de la presente invención es proponer tal procedimiento de control.
Con este objetivo, la invención se refiere a un procedimiento de control de un procedimiento de reformado con vapor de hidrocarburos implementado en una cámara de combustión que comprende quemadores y tubos, estando dichos tubos llenos de catalizador, y siendo aptos para ser atravesados por una mezcla de hidrocarburos y de vapor, estando los quemadores dispuestos para transferir el calor de su combustión a la mezcla de hidrocarburos y de vapor a través de la pared de los tubos, procedimiento según el cual se mide la temperatura de la pared T de cada tubo, preferentemente en la parte aguas abajo del tubo, y si para al menos un tubo la temperatura medida T es mayor o igual a MOT, entonces se modifica al menos un parámetro operativo del reformado para disminuir la temperatura medida T de este tubo a un valor menor que MOT.
La invención comprende, por lo tanto, una etapa de medida de la temperatura de la pared T de cada tubo en la parte aguas abajo de dicho tubo. Por parte aguas abajo se entiende la mitad del tubo situada aguas abajo según el sentido de circulación de la mezcla de hidrocarburos y de vapor en el tubo. Cada tubo presenta una temperatura de diseño DTT específica de la naturaleza de su composición metálica y su geometría. Esta temperatura se define por el fabricante de los tubos. Según la invención, se mide la temperatura T para cada tubo y se compara con la temperatura de diseño DTT de este tubo. Si la temperatura medida T es menor que MOT, no es necesaria ninguna acción de control de la reacción de reformado. Por el contrario, si para al menos un tubo la temperatura T medida para este tubo es mayor o igual a MOT, entonces, en una segunda etapa, se modifican los parámetros operativos de la reacción de reformado para disminuir la temperatura del reformado y, por lo tanto, la temperatura medida T de este tubo, hasta un valor menor que MOT.
Según el procedimiento de la invención, las etapas de medida de la temperatura de la pared T de cada tubo y de modificación eventual del al menos un parámetro operativo se realizan al menos una vez por mes.
Preferentemente, esta medición se realiza también durante las puestas en marcha de la instalación de reformado y durante pruebas de producción.
A fin de asegurar la seguridad de los tubos entre dos mediciones de la temperatura T del conjunto de los tubos, tales como se han descrito anteriormente, la invención puede comprender además todas o parte de las operaciones siguientes:
• durante cada medición de la temperatura T para el conjunto de los tubos, se identifican los tubos denominados «muy calientes» (very hot tube), se trata de los tubos cuya temperatura medida T es mayor o igual a MOT - 10°C. Si para al menos uno de los tubos la temperatura medida T es mayor o igual a MOT 10°C, entonces la temperatura de este al menos un tubo identificado se mide más frecuentemente, y preferentemente todos los días. Está claro que la temperatura límite MOT - 10°C adoptada para asegurar esta monitorización incrementada se puede adaptar por el experto en la materia, que debería tener en cuenta las condiciones particulares.
• durante cada medición de la temperatura T para el conjunto de los tubos, se identifica el 25% de tubos más calientes, incluso aunque estos tubos no sean unos tubos «muy calientes» según la invención, de manera que en caso de modificación de los parámetros operativos del procedimiento de reformado que tiene como consecuencia un aumento significativo de la temperatura de los tubos, se mide la temperatura de este 25% de tubos más calientes. Si para al menos un tubo la temperatura medida T es mayor o igual a MOT -10°C, entonces la temperatura de este al menos un tubo, identificado entonces como «tubo muy caliente» se mide más frecuentemente, y preferentemente todos los días.
Entre los factores que pueden llevar a un aumento significativo de la temperatura de los tubos, se puede citar, por ejemplo, un aumento de la carga que alimenta el horno de reformado del 5 al 10%, el aumento de la temperatura de salida del gas de síntesis generado en los tubos de 5 a 10°C, la parada del reciclado del CO2 o la modificación de la configuración de los quemadores.
Para disminuir la temperatura de los tubos, se modifica preferiblemente al menos un parámetro operativos seleccionado entre: el caudal de la mezcla de hidrocarburos y vapor, la relación entre las cantidades de hidrocarburos y de vapor, los caudales de comburente y/o de combustible en los quemadores, la presión del comburente y/o del combustible en los quemadores, el porcentaje de oxígeno en el comburente; se seleccionará ventajosamente modificar los caudales de combustible y/o comburente de los quemadores.
Preferentemente, se mide la temperatura de la pared T de los tubos mediante un pirómetro. Se puede también utilizar un termopar de contacto o una cámara infrarroja. Las mediciones pirométricas se efectúan por medio de aberturas realizadas en la pared del horno («peephole» en inglés) a través de las cuales un operario apunta un pirómetro (u otro instrumento de medida) sobre el tubo cuya temperatura de la pared T debe medirse. El pirómetro se sostiene horizontalmente durante la medición. Para un pirómetro, según una primera variante, es posible tomar como temperatura de la pared T del tubo de valor Tm indicada por el pirómetro cuando se le dirige directamente hacia la pared del tubo. Según una segunda variante, para un pirómetro, la temperatura de la pared T del tubo se deduce, por un lado, del valor Tm indicado por el pirómetro apuntado desde de un «peephole» situado en una pared de la cámara de combustión (primera pared), y dirigido directamente hacia el tubo y, por otro lado, de la temperatura promedio Tw de esta misma pared, cerca del tubo a partir de la fórmula:
en la que:
• T es la temperatura en Kelvin,
• A es la longitud de onda del pirómetro en pm,
• Tm es la temperatura indicada por el pirómetro cuando se dirige directamente hacia el tubo, en Kelvin
• Tw, en Kelvin, es la media de seis mediciones de la temperatura tomadas sobre la (primera) pared de la cámara de combustión a ambos lados del tubo,
• s es la emisividad del tubo.
Según esta segunda variante, se necesita por lo tanto realizar, con la ayuda del pirometro, seis mediciones de temperatura sobre la pared de la cámara de combustión desde la que se ha realizado la medida Tm de temperatura del tubo (es decir la primera pared). Estas seis mediciones se realizan apuntando el pirómetro desde la segunda pared de la cámara hacia la primera pared de la cámara de combustión.
• se realizan tres mediciones a la derecha del tubo:
o una primera medición a la altura del punto del tubo en el que se ha realizado la medición Tm,
o la segunda medición por encima y en línea vertical de la primera medición, y
o la tercera medición por debajo y en línea vertical de la primera medición, • se realizan tres mediciones a la izquierda del tubo:
o una primera medición a la altura del punto del tubo en el que se ha realizado la medición Tm,
o la segunda medición por encima y en línea vertical de la primera medición, y
o la tercera medición por debajo y en línea vertical de la primera medición.
A fin de ilustrar la ubicación de estas seis mediciones, la figura 1 representa 3 tubos de reformado 1, 1’ y 1’’. La temperatura Tm se mide en el punto 2 situado en el tubo 1’ por punteo directo del pirómetro sobre este tubo. Para obtener Tw, se han realizado seis mediciones sobre la pared de la cámara de combustión (situada detrás el tubo 1’ durante la medición de la temperatura de la pared de la cámara): 3 a la derecha del tubo 1’ (31, 32 y 33) y 3 a la izquierda del tubo (41,42, 43).
La emisividad £ del tubo se puede proporcionar por el fabricante de tubo o medida en laboratorio sobre una muestra de tubo.
Las mediciones según la segunda variante son particularmente útiles para medir la temperatura de la pared de los tubos situados en diagonal con respecto a las aberturas perforadas en la pared del horno («peepholes), ya que, al no encontrarse frente a las aberturas, estos tubos no sufren el fenómeno de enfriamiento debido a la apertura del «peephole».
Este tipo de medición es también preferible para los tubos denominados «muy calientes», es decir todos los tubos que han presentado ya una temperatura de pared T mayor o igual a MOT - 10°C, así como para todos los tubos que pertenecen al 25% de los tubos que presentan las temperaturas más elevadas.
Este método de medición se puede aplicar sobre cualquier tipo de horno de reformado.
La presente invención presenta la ventaja de limitar el envejecimiento de los tubos de reformado. Otra ventaja es que permite controlar mejor la potencia en los diferentes quemadores y asegurar una producción óptima de gas de síntesis procedente de la reacción de reformado.
Claims (9)
1. Procedimiento de control de un procedimiento de reformado con vapor de hidrocarburos implementado en una cámara de combustión que comprende quemadores y tubos, estando dichos tubos llenos de catalizadores y siendo aptos para ser atravesados por una mezcla de hidrocarburos y de vapor, estando los quemadores dispuestos para transferir el calor de su combustión a la mezcla de hidrocarburos y de vapor a través de la pared de los tubos, en el que se mide la temperatura de la pared T de cada tubo, preferentemente en la parte aguas abajo del tubo, caracterizado por que:
- las etapas de medición de la temperatura de pared T de cada tubo se realizan al menos una vez por mes, - después de haber medido la temperatura T de cada tubo, se identifican los tubos denominados «muy calientes» es decir aquellos cuya temperatura medida T es mayor o igual a MOT - 10°C. Si para al menos uno de los tubos la temperatura medida T es mayor o igual a MOT - 10°C, entonces la temperatura de este al menos un tubo identificado se mide más frecuentemente, y preferentemente todos los días, y
- cuando para al menos un tubo, la temperatura medida T es mayor o igual a MOT, se modifica al menos un parámetro operativo del procedimiento de reformado para disminuir la temperatura medida T de este tubo a un valor menor que MOT, en el que MOT es la temperatura óptima de funcionamiento de los tubos, igual a DTT - 15°C, siendo DTT la temperatura de diseño del tubo.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por que, después de haber medido la temperatura T de cada tubo, se identifica el 25% de tubos más calientes, de manera que, en caso de modificación de los parámetros operativos del procedimiento de reformado, que tiene como consecuencia un aumento significativo de la temperatura de los tubos, se mide la temperatura de este 25% de tubos más calientes, y si para al menos un tubo, la temperatura medida T es mayor o igual a MOT - 10°C, entonces la temperatura de este al menos un tubo se mide más frecuentemente, y preferentemente todos los días.
3. Procedimiento según la reivindicación 1 o 2, caracterizado por que para disminuir la temperatura de los tubos, se modifica preferiblemente al menos un parámetro operativo seleccionado entre: el caudal de la mezcla de hidrocarburos y vapor, la relación entre las cantidades de hidrocarburos y de vapor, los caudales de comburente y/o de combustible en los quemadores, la presión del comburente y/o del combustible en los quemadores, el porcentaje de oxígeno en el comburente; se modifica más preferiblemente los caudales de combustible y/o comburente de los quemadores.
4. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la temperatura de la pared T del tubo es el valor Tm indicado por un pirómetro cuando se le dirige directamente hacia la pared del tubo.
5. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que la temperatura de la pared T del tubo se deduce del valor Tm indicado por un pirómetro cuando se le dirige directamente hacia el tubo, y la temperatura promedio Tw de la pared de la cámara de combustión cerca del tubo a partir de la fórmula:
en la que:
- T es la temperatura en Kelvin,
- A es la longitud de onda del pirómetro en pm,
- Tm es la temperatura indicada por el pirómetro cuando se dirige directamente hacia el tubo, en Kelvin
- Tw, en Kelvin, es la media de seis mediciones de la temperatura realizadas sobre la pared de la cámara de combustión a ambos lados del tubo,
- £ es la emisividad del tubo.
6. Procedimiento según la reivindicación anterior, caracterizado por que las seis mediciones de temperatura realizadas sobre la pared de la cámara de combustión a ambos lados del tubo se realizan apuntando el pirómetro sobre la pared situada detrás del tubo (1 ’):
- se realizan tres mediciones a la derecha del tubo (1 ’):
. una primera medición (31) a la altura del punto del tubo en el que se ha realizado la medición Tm,
. la segunda medición (32) por encima y en línea vertical de la primera medición, y . la tercera medición (33) por debajo y en línea vertical de la primera medición,
- se realizan tres mediciones a la izquierda del tubo (1 ’):
. una primera medición (41) a la altura del punto del tubo en el que se ha realizado la medición Tm, . la segunda medición por encima (42) y en línea vertical de la primera medición, y
. la tercera medición por debajo (43) y en línea vertical de la primera medición.
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