ES2947866T3 - Planta química con una sección reformadora y un proceso para producir un producto químico - Google Patents

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Abstract

La invención se refiere a una planta química que comprende una sección de reformado dispuesta para recibir un gas de alimentación que comprende hidrocarburos y proporcionar un gas de síntesis, en donde la sección de reformado comprende: un reactor de reformado calentado eléctricamente que alberga un primer catalizador, estando dicho reactor de reformado calentado eléctricamente dispuesto para recibir dicho gas de alimentación y generar un primer gas de síntesis; y un reactor de reformado autotérmico aguas abajo de dicho reactor de reformado calentado eléctricamente, albergando dicho reactor de reformado autotérmico un segundo catalizador, estando dispuesto dicho reactor de reformado autotérmico para recibir dicho primer gas de síntesis y producir un segundo gas de síntesis, en donde dicha sección de reformado está dispuesta para producir comprendiendo dicho gas de síntesis de salida dicho segundo gas de síntesis. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Planta química con una sección reformadora y un proceso para producir un producto químico
Campo de la invención
Las realizaciones de la invención se refieren en general a una planta química que incluye una sección reformadora para reformar un gas de alimentación que comprende hidrocarburos en un gas de síntesis y a un proceso para reformar un gas de alimentación que comprende hidrocarburos en un gas de síntesis.
Antecedentes
Los procesos basados en reformación autotérmica (ATR) es una vía para la producción de gas de síntesis. Los elementos principales de un reactor ATR son un quemador, una cámara de combustión y un lecho de catalizador contenido dentro de una carcasa de presión con revestimiento refractario. En un reactor ATR, la combustión parcial del suministro de hidrocarburo por cantidades subestequiométricas de oxígeno va seguida de reformación al vapor de la corriente de suministro de hidrocarburo parcialmente quemada en un lecho fijo de catalizador de reformación al vapor. La reformación al vapor también tiene lugar en alguna medida en la cámara de combustión debido a la alta temperatura. La reacción de reformación al vapor está acompañada por la reacción de desplazamiento de gas de agua. Típicamente, el gas está en o cerca del equilibrio en la salida del reactor con respecto a las reacciones de reformación al vapor y desplazamiento de gas de agua. La temperatura del gas de salida típicamente está en el intervalo entre 850 °C y 1100 °C. Pueden encontrarse más detalles de ATR y una descripción completa en la técnica, tal como "Studies in Surface Science and Catalysis, Vol. 152, "Synthesis gas production for FT synthesis"; capítulo 4, pág. 258-352, 2004".
El documento US 3450507 A divulga un reformador que comprende una pluralidad de tubos de reformador primarios calentados externamente por cualquier medio adecuado, tal como combustión de un hidrocarburo fluido o usando elementos de calentamiento de resistencia eléctrica.
También es un objeto de la invención proporcionar un sistema para la producción de un gas de síntesis donde el coste para los materiales del equipo (CAPEX) se reducen en comparación con sistemas conocidos para la producción de cantidades similares de gas de síntesis usando ATR. Además, un objeto de la invención es proporcionar un proceso para la producción de gas de síntesis usando un ATR con una huella de CO2 reducida en comparación con procesos conocidos usando ATR, para cantidades similares de gas de síntesis producidas.
Un objeto de la invención es proporcionar un proceso y sistema para la producción de un gas de síntesis mediante el uso de un ATR en donde el tamaño y el trabajo del calentador por combustión anterior al ATR se reduce, o idealmente se eliminar, en comparación con procesos y sistemas conocidos que usan ATR.
Un objeto adicional de la invención es proporcionar un proceso y sistema para la producción de un gas de síntesis mediante el uso de un ATR, en donde el sistema puede ponerse en marcha rápidamente.
Sumario de la invención
Un aspecto de la invención se refiere a una planta química que comprende:
- una sección reformadora dispuesta para recibir un gas de alimentación que comprende hidrocarburos y proporciona un gas de síntesis de salida, en donde dicha sección reformadora comprende:
- un reactor reformador calentado eléctricamente que aloja un primer catalizador, estando dispuesto dicho reactor reformador calentado eléctricamente para recibir dicho gas de alimentación y generar un primer gas de síntesis,
- un reactor reformador autotérmico posterior a dicho reactor reformador calentado eléctricamente, alojando dicho reactor reformador autotérmico un segundo catalizador, estando dispuesto dicho reactor reformador autotérmico para recibir dicho primer gas de síntesis y producir un segundo gas de síntesis, en donde dicha sección reformadora está dispuesta para producir dicho gas de síntesis de salida que comprende dicho segundo gas de síntesis como el de la reivindicación 1.
Cuando la sección reformadora de la planta química comprende un reactor reformador calentado eléctricamente anterior a un reactor reformador autotérmico, tiene lugar el calentamiento rápido y eficaz del gas de alimentación en el reactor reformador calentado eléctricamente junto con reformación al vapor. El primer gas de síntesis que sale del reactor reformador calentado eléctricamente se calienta suficientemente para que tenga lugar reformación autotérmica en el reactor reformador autotérmico. Típicamente, la temperatura del primer gas de síntesis que sale del reactor reformador calentado eléctricamente tiene una temperatura de al menos aproximadamente 350-400 °C, tal como por encima de 400 °C, preferiblemente por encima de 450 °C, más preferiblemente por encima de 500 °C y más preferiblemente por encima incluso de 600 °C. De ese modo, típicamente no es necesario calentar el primer gas de síntesis típicamente entre el reactor reformador calentado eléctricamente y el reactor reformador autotérmico.
Una planta química con un reactor reformador autotérmico típicamente incluye una unidad de calentador por combustión dispuesta para precalentar el gas de alimentación antes de que entre en el reactor reformador autotérmico. Cuando la planta química comprende un reactor reformador eléctrico anterior al reactor reformador autotérmico, la unidad de calentador por combustión puede reducirse considerablemente en tamaño o incluso puede omitirse.
Cuando la sección reformadora comprende un reactor reformador calentado eléctricamente anterior a un reactor reformador autotérmico, la energía química de la entrada del primer gas de síntesis en el reactor reformador autotérmico puede aumentarse considerablemente en comparación con un gas de alimentación que se ha calentado en un calentador por combustión o en otro tipo de calentador, tal como un calentador eléctrico, y posteriormente preformarse en un prerreformador adiabático seguido de calentamiento final antes de entrar en el reactor reformador autotérmico. Debido a la energía química aumentada, la cantidad requerida de entrada de oxígeno en el reactor reformador autotérmico se reduce potencialmente. Aquí, se entiende que la expresión "energía química de un gas" indica la entalpía o energía interna del gas, de modo que un gas tiene una energía química mayor si tiene entalpía mayor y/o un estado de energía interna mayor.
Debe apreciarse que parte del gas de alimentación puede sortear el reactor reformador calentado eléctricamente de modo que se envíe directamente al reactor reformador autotérmico o se mezcle con el primer gas de síntesis anterior al reactor reformador autotérmico.
Además, se entiende que la expresión "reformación al vapor" o "reacción de reformación de metano al vapor" indica una reacción de reformación de acuerdo con una o más de las siguientes reacciones:
Figure imgf000003_0001
Las reacciones (i) y (ii) son reacciones de reformación de metano al vapor, mientras que la (iii) es la reacción de reformación de metano en seco.
Para hidrocarburos superiores, concretamente, CnHm, donde n >2, m >4, la ecuación (i) se generaliza como:
Figure imgf000003_0002
donde n >2, m >4.
Típicamente, la reformación al vapor va acompañada por la reacción de desplazamiento de gas de agua (v):
Figure imgf000003_0003
Se entiende que las expresiones "reformación de metano al vapor" y "reacción de reformación de metano al vapor" cubren las reacciones (i) y (ii), se entiende que las expresiones "reformación al vapor" y "reformación calentada eléctricamente" cubren las reacciones (i), (ii) y (iv), mientras que el término "metanación" cubre la reacción inversa de la reacción (i). En la mayoría de los casos, todas estas reacciones (i)-(v) están en, o cerca de, el equilibrio en la salida del reactor reformador. El término "prerreformación" se usa a menudo para cubrir la conversión catalítica de hidrocarburos superiores de acuerdo con la reacción (iv). La prerreformación típicamente va acompañada por reformación al vapor de metano y/o metanación (dependiendo de la composición del gas y las condiciones de funcionamiento) y reacción de desplazamiento de gas de agua. La prerreformación a menudo se realiza en reactores adiabáticos, pero también puede tener lugar en reactores calentados.
Además, las expresiones "reformación autotérmica" y "reacciones de reformación autotérmica" también cubren la combustión y combustión parcial de la materia prima hidrocarbonada de acuerdo con la reacción (vi) y (vii):
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además de las reacciones de reformación de metano al vapor.
Se entiende que la expresión "gas de síntesis" indica un gas que comprende hidrógeno, monóxido de carbono y también dióxido de carbono y pequeñas cantidades de otros gases, tales como argón, nitrógeno, metano, etc.
El término "prerreformación" se usa a menudo para cubrir la conversión catalítica de hidrocarburos superiores, concretamente, CnHm, donde n >2, m >4, de acuerdo con la reacción:
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La prerreformación típicamente va acompañada por reformación al vapor de metano y/o metanación (dependiendo de la composición del gas y las condiciones de funcionamiento) y reacción de desplazamiento de gas de agua. La prerreformación a menudo se realiza en reactores adiabáticos, pero también puede tener lugar en reactores calentados. La prerreformación típicamente tiene lugar en un intervalo de temperatura de aprox. 350-550 °C para convertir hidrocarburos superiores como una etapa inicial en el proceso. Esto elimina el riesgo de formación de carbono a partir de hidrocarburos superiores en el catalizador y el equipo en las etapas posteriores del proceso. Opcionalmente, el dióxido de carbono u otros componentes también pueden mezclarse con el gas que abandona la etapa de prerreformación para formar el gas de alimentación.
Una sección reformadora con un reactor reformador calentado eléctricamente anterior a un reactor reformador autotérmico es ventajosa en comparación con una sección reformadora con un reactor reformador de metano al vapor por combustión anterior a un reactor reformador autotérmico, al menos debido a las siguientes razones:
- El consumo global de combustible para la sección reformadora se reduce ya que no se quema gas hidrocarbonado dentro de un reformador de metano al vapor por combustión para proporcionar calor al reactor reformador calentado eléctricamente;
- Una generación acumulada menor de dióxido de carbono en comparación con la combinación de un reformador de metano al vapor por combustión y un reactor reformador autotérmico, en particular cuando la energía eléctrica para el reactor reformador calentado eléctricamente es de fuentes renovables,
- La emisión global de dióxido de carbono y otras emisiones perjudiciales para el clima o el entorno local, tal como NOx o SOx, se reducen considerablemente al minimizar la cantidad de hidrocarburos usados para proporcionar calor para las reacciones de reformación;
- La huella del reactor se reduce fuertemente debido a lo compacto que es el reformador calentado eléctricamente.
Además, una sección reformadora con un reactor reformador calentado eléctricamente anterior a un reactor reformador autotérmico es ventajosa en comparación con una sección reformadora con un calentador por combustión anterior a un reactor reformador autotérmico, al menos debido a las siguientes razones:
- La planta química puede reducirse de tamaño, ya que el calentador por combustión anterior al reactor reformador autotérmico puede reducirse considerablemente de tamaño, o incluso hacerse sin el mismo; y
- La relación de H2/CO del gas de síntesis de salida desde la sección reformadora puede ajustarse al controlar la temperatura del primer gas de síntesis que sale del reactor reformador calentado eléctricamente, y de ese modo controlar indirectamente el consumo de oxígeno.
- La emisión global de dióxido de carbono y otras emisiones perjudiciales para el clima o el entorno local, tal como NOx o SOx, se reducen considerablemente al minimizar la cantidad de hidrocarburos usados para proporcionar calor para el calentador por combustión.
- El consumo global de oxígeno se reducirá porque la energía química del primer gas de síntesis es mayor que la energía química de un gas que sale de un calentador por combustión a temperaturas comparables como resultado de la reacción química, que ha tenido lugar en el reactor reformador calentado eléctricamente.
Además, la planta de la invención ha proporcionado una posibilidad de realizar la puesta en marcha y aumentar la carga del reactor reformador autotérmico más rápido que en comparación con un sistema con una unidad de calentador por combustión y un reactor reformador autotérmico. La combinación de un reactor reformador calentado eléctricamente y un reactor reformador autotérmico tiene beneficios en comparación con, por ejemplo, una combinación de un reactor reformador calentado eléctricamente y un reactor reformador de metano al vapor por combustión o en comparación con una combinación de un calentador eléctrico seguido de un reactor reformador de metano al vapor por combustión. Esto se debe a la posibilidad de funcionar a una menor relación de vapor-a-carbono en la planta de la presente invención como se explica a continuación.
La temperatura de salida típica de un ATR está en el intervalo de 850-1100 °C. De acuerdo con la presente invención, el segundo gas de síntesis que abandona el ATR tiene una temperatura entre 850-1100 °C, tal como entre 950­ 1075 °C. Se sabe en la técnica que es posible hacer funcionar un ATR a una relación de vapor-a-carbono (S/C) menor de 2,0, tal como menor de 1,5, incluso menor de 1,2, menor de 1,0, menor de 0,8 o incluso menor de 0,65. Un reformador de metano al vapor por combustión típico funciona a una temperatura de salida de 800-950 °C. A dicho nivel de temperatura, la relación mínima posible de S/C en un reformador de metano al vapor por combustión estará dictaminada por el riesgo de formación de carbono sobre el catalizador en los tubos del reformador de metano al vapor por combustión. Por estas razones, los reformadores de metano al vapor por combustión no se hacen funcionar a relaciones de S/C inferiores a aprox. 1,3-1,5.
La presente invención se basa en el reconocimiento de que la temperatura óptima de un gas que sale de un prerreformador a un ATR es 500-700 °C, por ejemplo, 650 °C. La invención se basa además en el reconocimiento de que es posible hacer funcionar un reactor reformador calentado eléctricamente a cualquier temperatura en un intervalo de aproximadamente 250-1100 °C o incluso en un intervalo más amplio y, por tanto, a dicha temperatura óptima, y que, por lo tanto, será muy ventajoso usar un reactor reformador calentado eléctricamente como prerreformador en combinación con un ATR.
La relación de S/C requerida para evitar la formación de carbono sobre un catalizador de reformación al vapor aumenta al aumentar la temperatura. Como un prerreformador calentado eléctricamente puede hacerse funcionar a una temperatura significativamente menor que un prerreformador por combustión, la combinación de un reactor reformador calentado eléctricamente seguido de un reactor reformador autotérmico puede funcionar a una relación de S/C significativamente menor que a) una combinación de un reactor reformador calentado eléctricamente (o un calentador eléctrico) seguido de un reformador de metano al vapor por combustión, así como b) una combinación de un reactor reformador por combustión seguido de un reactor reformador autotérmico. Esto significa menores flujos de vapor a través de la planta del proceso y costes reducidos asociados.
Además, es posible con la planta de la invención producir gas de síntesis con una relación de H2/CO reducida como resultado del aporte de vapor reducido al proceso. Esto es deseable para diversas aplicaciones, por ejemplo, si el gas de síntesis se usa para la producción de combustibles sintéticos mediante la síntesis de Fischer-Tropsch.
Debe apreciarse que las expresiones "reformación de metano al vapor" y "reformación al vapor" se usan como sinónimos en este documento. Además, se entiende que la expresión "gas de alimentación que comprende hidrocarburos" indica un gas de alimentación que comprende un gas hidrocarbonado con uno o más hidrocarburos y posiblemente otros constituyentes. El gas de alimentación que comprende hidrocarburos suministrado a las secciones reformadoras es un gas de alimentación que comprende hidrocarburos y posiblemente otros constituyentes, tales como monóxido de carbono, dióxido de carbono y posiblemente también algo de nitrógeno y argón, mezclados con vapor y posiblemente hidrógeno. Ejemplos de "un gas hidrocarbonado" puede ser gas natural, gas ciudad o una mezcla de metano e hidrocarburos superiores, así como un gas prerreformado.
Típicamente, el gas de alimentación que comprende hidrocarburos que queda en la sección reformadora tiene una relación predeterminada de gas hidrocarbonado, vapor e hidrógeno. Debe apreciarse que un gas de alimentación que comprende hidrocarburos al que se añade vapor, hidrógeno y/u otros constituyentes aún se indica como gas de alimentación, aunque su composición haya cambiado.
El reactor reformador autotérmico se dispone para recibir el primer gas de síntesis y para proporcionar el segundo gas de síntesis, concretamente, un gas de síntesis autorreformado. Además de la entrada del primer gas de síntesis en el reactor reformador autotérmico, se introduce una corriente de gas oxidante. La corriente de gas oxidante comprende oxígeno y puede ser, por ejemplo, aire u oxígeno, aire enriquecido o una mezcla de más de un 90 % de oxígeno, siendo el equilibrio, por ejemplo, nitrógeno, vapor, CO2 y/o argón.
El reactor reformador calentado eléctricamente comprende:
- una carcasa de presión que aloja una unidad de calentamiento eléctrica dispuesta para calentar el primer catalizador, donde el primer catalizador es funcional para catalizar la reformación al vapor del gas de alimentación, en donde la carcasa de presión tiene una presión nominal entre 5 y 90 bar.
- una capa termoaislante adyacente a al menos parte del interior de la carcasa de presión, y
- al menos dos conductores conectados eléctricamente a la unidad de calentamiento eléctrica y a una fuente de energía eléctrica colocada fuera de la carcasa de presión,
en donde la fuente de energía eléctrica está dimensionada para calentar al menos parte del primer catalizador hasta una temperatura de al menos 450 °C al pasar una corriente eléctrica a través de la unidad de calentamiento eléctrica.
En una realización particular, la carcasa de presión tiene una presión nominal entre 5 y 45 bar, preferiblemente entre 30 y 45 bar.
Un rasgo característico del reactor reformador calentado eléctricamente es que la energía se aporta dentro del reactor reformador calentado eléctricamente, en lugar de aportarse desde una fuente de calor externa mediante conducción de calor, convección y radiación, por ejemplo, a través de tubos de catalizador o serpentines calentadores. En un reactor reformador calentado eléctricamente con una unidad de calentamiento eléctrica conectada a una fuente de energía eléctrica mediante conductores, el calor para la reacción de reformación al vapor se proporciona mediante calentamiento por resistencia. La parte más caliente del reactor reformador calentado eléctricamente estará dentro de la carcasa de presión del reactor reformador calentado eléctricamente. Preferiblemente, la fuente de energía eléctrica y la unidad de calentamiento eléctrica dentro de la carcasa de presión están dimensionadas de modo que al menos parte de la unidad de calentamiento eléctrica alcance una temperatura de 450 °C-850 °C, tal como 500 °C-750 °C, y preferiblemente 550 °C-650 °C.
La planta química de la invención puede comprender ventajosamente uno o más compresores y/o bombas anteriores a la sección reformadora. Los compresores/bombas se disponen para comprimir el suministro a una presión entre 5 y 90 bar. Los constituyentes del suministro, concretamente agua/vapor, hidrógeno y gases de alimentación hidrocarbonados, pueden comprimirse individualmente y suministrarse individualmente a la sección reformadora o a los reactores reformadores de la misma.
También puede añadirse una o más corrientes de alimentación adicionales a la sección reformadora anteriores al reformador calentado eléctricamente, a una ubicación posterior del reformador al vapor calentado eléctricamente y mezclarse de ese modo con el primer gas de síntesis, o directamente al reactor reformador autotérmico. Un ejemplo es vapor añadido directamente al reactor reformador autotérmico o un gas de cola de una unidad Fischer-Tropsch que, por ejemplo, puede añadirse entre el reactor reformador calentado eléctricamente y el reactor reformador autotérmico o directamente al reactor reformador autotérmico. En una planta de gas-a-líquidos (GTL) para la producción de, por ejemplo, diésel sintético por síntesis de Fischer-Tropsch usando gas natural como materia prima, un gas de cola se recicla típicamente de la sección de síntesis de Fischer-Tropsch a la unidad de preparación de gas de síntesis. Esto se hace para ajustar la composición del producto del gas de síntesis a una relación de Hz/CO deseada de aproximadamente 2.
El primer catalizador puede ser un lecho de partículas de catalizador, por ejemplo, gránulos, típicamente en forma de material catalíticamente activo mantenido en un soporte de gran área con estructuras eléctricamente conductoras incluidas en el lecho de partículas de catalizador. Como alternativa, el primer catalizador puede ser material catalíticamente activo mantenido en una estructura macroscópica, tal como un monolito o un tubo metálico.
Cuando el reactor reformador calentado eléctricamente comprende una capa termoaislante adyacente a al menos parte del interior de la carcasa de presión, se obtiene aislamiento térmico y eléctrico apropiado entre la unidad de calentamiento eléctrica y la carcasa de presión. Típicamente, la capa termoaislante estará presente en la mayor parte de la superficie interior de la carcasa de presión para proporcionar aislamiento térmico entre la carcasa de presión y la unidad de calentamiento eléctrica/primer catalizador; sin embargo, se necesitan pasos en las capas termoaislantes para proporcionar conexión de los conductores entre la unidad de calentamiento eléctrica y la fuente de energía eléctrica y para proporcionar que las entradas/salidas de gases entren/salgan del reactor reformador calentado eléctricamente.
La presencia de capa termoaislante entre la carcasa de presión y la unidad de calentamiento eléctrica ayuda a evitar el calentamiento excesivo de la carcasa de presión y ayuda a reducir las pérdidas térmicas en los alrededores del reactor reformador calentado eléctricamente. Las temperaturas de la unidad de calentamiento eléctrica pueden alcanzar hasta aproximadamente 850 °C, al menos en algunas partes de la misma, pero usando la capa termoaislante entre la unidad de calentamiento eléctrica y la carcasa de presión, la temperatura de la carcasa de presión puede mantenerse a temperaturas significativamente menores de, por ejemplo, 500 °C o incluso 200 °C. Esto es ventajoso ya que los materiales de acero de construcción típicos son inadecuados o muy caros para aplicaciones que soportan presión a altas temperaturas, tales como 850 °C. Además, una capa termoaislante entre la carcasa de presión y la unidad de calentamiento eléctrica ayuda en el control de la corriente eléctrica dentro del reactor reformador calentado eléctricamente, ya que la capa termoaislante también es eléctricamente aislante. La capa termoaislante podría ser una o más capas de material sólido, tal como cerámica, material inerte, material refractario o una barrera al gas o una combinación de los mismos. Por tanto, también es concebible que un gas de purga o un gas confinado constituya o forme parte de la capa termoaislante.
Como la parte más caliente del reactor reformador calentado eléctricamente durante el funcionamiento es la unidad de calentamiento eléctrica, y como una capa termoaislante aísla térmicamente la carcasa de presión del reactor reformador calentado eléctricamente, la temperatura de la carcasa de presión puede mantenerse significativamente menor a la temperatura máxima del proceso. Aquí, se entiende que la expresión "temperatura del proceso" indica la temperatura del gas. Esto permite tener una temperatura nominal baja relativa de la carcasa de presión de, por ejemplo, 700 °C o 500 °C o preferiblemente 300 °C o 200 °C de la carcasa de presión, mientras se tienen temperaturas máximas del proceso entre 750 °C y 900 °C, tales como 800 °C, 850 °C o 900 °C. Otra ventaja es que la menor temperatura nominal significa que, en algunos casos, el grosor de la carcasa de presión puede disminuirse, ahorrando costes de ese modo.
Debe apreciarse que se entiende que la expresión "material termoaislante" indica materiales que tienen una conductividad térmica de aproximadamente 10 W m -1K-1 o por debajo. Ejemplos de materiales termoaislantes son cerámica, material refractario, materiales a base de alúmina, materiales a base de circonia y similares.
La unidad de calentamiento eléctrica comprende una estructura macroscópica de material eléctricamente conductor, donde la estructura macroscópica sostiene un recubrimiento cerámico y el recubrimiento cerámico sostiene el material catalíticamente activo. Dicha unidad de calentamiento eléctrica también se denomina en este documento "catalizador estructurado". La conversión catalítica en forma de reformación al vapor de metano y calentamiento de gas tiene lugar simultáneamente.
Por tanto, durante el funcionamiento de la planta química, se pasa una corriente eléctrica a través de la estructura macroscópica y de ese modo calienta la estructura macroscópica y el material catalíticamente activo mantenido en la misma. La cercana proximidad entre el material catalíticamente activo y la estructura macroscópica posibilita el calentamiento eficaz del material catalíticamente activo mediante conducción de calor en material sólido desde la estructura macroscópica calentada por resistencia. La cantidad y composición del material catalíticamente activo pueden adaptarse a la reacción de reformación al vapor en las condiciones de funcionamiento dadas. El área superficial de la estructura macroscópica, la fracción de la estructura macroscópica recubierta con un recubrimiento cerámico, el tipo y estructura del recubrimiento cerámico, y la cantidad y composición del material catalíticamente activo pueden adaptarse a la reacción de reformación al vapor en las condiciones de funcionamiento dadas.
En una realización, el catalizador estructurado tiene al menos una parte eléctricamente aislante dispuesta para aumentar la trayectoria de la corriente entre los conductores a una longitud mayor que la dimensión más grande del catalizador estructurado. Proporcionar una trayectoria de la corriente entre los conductores más grande que la dimensión más grande del catalizador estructurado puede ser al proporcionar una o más partes eléctricamente aislantes colocadas entre los conductores y evitar que la corriente discurra a través de alguna parte del catalizador estructurado. Dichas partes eléctricamente aislantes se disponen para aumentar la trayectoria de la corriente y, por tanto, aumentar la resistencia a través del catalizador estructurado. Por ello, la trayectoria de la corriente a través del catalizador estructurado puede ser, por ejemplo, más de un 50 %, 100 %, 200 %, 1000 % o incluso 10000 % más larga que la dimensión más grande del catalizador estructurado.
Se entiende que la expresión "eléctricamente conductor" indica materiales con una resistividad eléctrica en el intervalo de: 10'4 a 10'8 D m a 20 °C. Por tanto, los materiales que son eléctricamente conductores son, por ejemplo, metales como cobre, plata, aluminio, cromo, hierro, níquel o aleaciones de metales. Además, se entiende que la expresión "eléctricamente aislante" indica materiales con una resistividad eléctrica por encima de 10 D m a 20 °C, por ejemplo, en el intervalo de 109 a 1025 D m a 20 °C.
Como se usa en este documento, no se entiende que la expresión "unidad de calentamiento eléctrica comprende un catalizador macroscópico" esté limitada a un reactor reformador calentado eléctricamente con una sola estructura macroscópica. En su lugar, se entiende que la expresión cubre tanto una estructura macroscópica con recubrimiento cerámico como material catalíticamente activo sostenido en el mismo, así como una matriz de dichas estructuras macroscópicas con recubrimiento cerámico y material catalítico sostenido en las mismas.
Se entiende que la expresión "estructura macroscópica que sostiene un recubrimiento cerámico" indica que la estructura macroscópica está recubierta por el recubrimiento cerámico en, al menos, una parte de la superficie de la estructura macroscópica. Por tanto, la expresión no implica que toda la superficie de la estructura macroscópica esté recubierta por el recubrimiento cerámico; en particular, al menos las partes de la estructura macroscópica que está eléctricamente conectadas a los conductores y, por tanto, a la fuente de energía eléctrica no tienen un recubrimiento sobre las mismas. El recubrimiento es un material cerámico con poros en la estructura, que permite dar soporte al material catalíticamente activo del primer catalizador sobre y dentro del recubrimiento y tiene la misma función que un soporte catalítico. Ventajosamente, el material catalíticamente activo del primer catalizador comprende partículas catalíticamente activas que tienen un tamaño en el intervalo de aproximadamente 5 nm a aproximadamente 250 nm.
Como se usa en este documento, se entiende que la expresión "estructura macroscópica" indica una estructura que es suficientemente grande para que sea visible a simple vista, sin dispositivos de aumento. Las dimensiones de la estructura macroscópica típicamente están en el intervalo de centímetros o incluso metros. Las dimensiones de la estructura macroscópica se hacen ventajosamente para que correspondan al menos parcialmente a las dimensiones internas de la carcasa de presión, ahorrando espacio para la capa termoaislante y los conductores.
Un recubrimiento cerámico, con o sin material catalíticamente activo, puede añadirse directamente a una superficie de metal por recubrimiento por lavado. El recubrimiento por lavado de una superficie metálica es un proceso bien conocido; se da una descripción, por ejemplo, en Cybulski, A., y Moulijn, J. A., Structured catalysts and reactors, Marcel Dekker, Inc, Nueva York, 1998, capítulo 3, y referencias en este documento. El recubrimiento cerámico puede añadirse a la superficie de la estructura macroscópica y posteriormente puede añadirse el material catalíticamente activo; como alternativa, el recubrimiento cerámico que comprende el material catalíticamente activo se añade a la estructura macroscópica.
Preferiblemente, la estructura macroscópica se ha fabricado por extrusión de una mezcla de partículas metálicas en polvo y un aglutinante en una estructura extruida y posterior sinterizado de la estructura extruida, proporcionando de ese modo un material con elevada área superficial geométrica por volumen. Un recubrimiento cerámico, que puede contener el material catalítico, se proporciona sobre la estructura macroscópica antes de un segundo sinterizado en una atmósfera oxidante, para formar enlaces químicos entre el recubrimiento cerámico y la estructura macroscópica. Como alternativa, el material catalíticamente activo puede impregnarse sobre el recubrimiento cerámico después del segundo sinterizado. Cuando se forman enlaces químicos entre el recubrimiento cerámico y la estructura macroscópica, es posible una elevada conductividad térmica entre la estructura macroscópica calentada eléctricamente y el material catalíticamente activo sostenido por el recubrimiento cerámico. Debido a la cerca proximidad entre la fuente de calor, concretamente la estructura macroscópica, y el material catalíticamente activo, la transferencia de calor es eficaz, de modo que el material catalíticamente activo puede calentarse de manera muy eficaz. Por tanto, es posible un reactor reformador al vapor compacto en términos de procesamiento de gas por volumen de reactor reformador al vapor y, por lo tanto, el reactor reformador calentado eléctricamente que aloja la estructura macroscópica puede ser compacto. El reactor reformador calentado eléctricamente de la invención no necesita un horno y esto reduce considerablemente el tamaño del reactor reformador calentado eléctricamente.
De acuerdo con una realización del sistema, la estructura macroscópica comprende un monolito extruido y sinterizado o varios monolitos extruidos y sinterizados conectados eléctricamente entre sí. De acuerdo con una realización del sistema, la estructura macroscópica tiene partes aislantes eléctricamente dispuestas para aumentar la trayectoria de la corriente entre los conductores hasta una longitud más grande que la dimensión más grande de la estructura macroscópica.
Preferiblemente, la estructura macroscópica comprende Fe, Ni, Cu, Co, Cr, Al, Si o una aleación de los mismos. Dicha aleación puede comprender elementos adicionales, tales como Mn, Y, Zr, C, Co, Mo o combinaciones de los mismos. Preferiblemente, el material catalíticamente activo del primer catalizador es partículas que tienen un tamaño de 5 nm a 250 nm. El material catalíticamente activo del primer catalizador puede comprender, por ejemplo, níquel, rutenio, rodio, iridio, platino, cobalto o una combinación de los mismos. Por tanto, un posible material catalíticamente activo del primer catalizador es una combinación de níquel y rodio y otra combinación de níquel e iridio. El recubrimiento cerámico puede ser, por ejemplo, un óxido que comprende Al, Zr, Mg, Ce y/o Ca. Recubrimientos ejemplares son aluminato de calcio o una espinela de magnesio y aluminio. Dicho recubrimiento cerámico puede comprender elementos adicionales, tales como La, Y, Ti, K o combinaciones de los mismos. Preferiblemente, los conductores se hacen de materiales diferentes a los de la estructura macroscópica. Los conductores pueden ser, por ejemplo, de hierro, níquel, aluminio, cobre, plata o una aleación de los mismos. El recubrimiento cerámico es un material eléctricamente aislante y típicamente tendrá un grosor en el intervalo de aproximadamente 100 gm, es decir, 10-500 gm. Además, un primer catalizador puede ubicarse dentro de la carcasa de presión y en canales dentro de la estructura macroscópica, alrededor de la estructura macroscópica o anterior y/o posterior de la estructura macroscópica para dar soporte a la función catalítica de la estructura macroscópica.
En una realización, la planta química comprende además un prerreformador anterior al reactor reformador calentado eléctricamente. En el prerreformador, el gas hidrocarbonado experimentará, junto con vapor, y posiblemente también hidrógeno y/u otros componentes tales como dióxido de carbono, prerreformación en un intervalo de temperatura de aprox. 350-550 °C para convertir los hidrocarburos superiores como una etapa inicial en el proceso, que normalmente tiene lugar posterior a una etapa de desulfuración. Esto elimina el riesgo de formación de carbono de hidrocarburos superiores en el catalizador en las posteriores etapas del proceso. Opcionalmente, el dióxido de carbono u otros componentes también pueden mezclarse con el gas que abandona la etapa de prerreformación para formar el gas de alimentación.
En una realización, la sección reformadora además comprende un reactor reformador de metano al vapor calentado con gas en paralelo al reactor reformador calentado eléctricamente y el reactor reformador autotérmico, en donde el reactor reformador de metano al vapor calentado con gas comprende un tercer catalizador y que es funcional para recibir un segundo gas de alimentación que comprende hidrocarburos y para utilizar al menos parte del segundo gas de síntesis como medio de calentamiento en intercambio de calor dentro del reactor reformador de metano al vapor calentado con gas, estando dispuesto el reactor reformador de metano al vapor calentado con gas para generar un tercer gas de síntesis.
El reactor reformador de metano al vapor calentado con gas es funcional para utilizar al menos parte del segundo gas de síntesis como medio de calentamiento en intercambio de calor dentro del reactor reformador de metano al vapor calentado con gas. El reactor reformador de metano al vapor calentado con gas está dispuesto para generar un tercer gas de síntesis sobre el tercer catalizador y para producir el tercer gas de síntesis a partir de la sección reformadora como al menos la salida del gas de síntesis producido a partir de la sección reformadora. La eficacia térmica global de la planta química se aumenta mediante la adición del reactor reformador de metano al vapor calentado con gas, ya que el calor sensible del segundo gas de síntesis se usa dentro del reactor reformador de metano al vapor calentado con gas. Además, cuando la planta química incluye un reactor reformador de metano al vapor calentado con gas, la producción global de la planta química se aumenta.
Un reactor reformador de metano al vapor calentado con gas se configura para usar un gas caliente para aportar el calor para la reacción endotérmica de reformación de metano al vapor mediante intercambio de calor, típicamente sobre la pared de un tubo. Un ejemplo de una configuración de un reactor reformador de metano al vapor calentado con gas tiene varios tubos paralelos llenados con catalizador que recibe el gas de alimentación. En el fondo del reactor, el gas de producto procedente de los tubos llenados de catalizador se mezcla con parte o la totalidad del segundo gas de síntesis caliente procedente del reactor reformador autotérmico para formar un gas mezclado. El gas mezclado realiza el intercambio de calor con los tubos llenados de catalizador dentro del reactor reformador de metano calentado con gas y produce el tercer gas de síntesis. También son concebibles otras configuraciones de reactores reformadores de metano al vapor calentados con gas.
En una realización, la planta química comprende además:
- una unidad de posprocesamiento posterior a la sección reformadora, donde la unidad de posprocesamiento está dispuesta para recibir el segundo y/o tercer gas de síntesis y proporcionar un gas de síntesis posprocesado.
En una realización, la unidad de posprocesamiento es una unidad de posconversión que tiene una entrada para permitir la adición de corriente gaseosa que comprende CO2 calentado al segundo y/o tercer gas de síntesis anterior a la unidad de posconversión. La unidad de posprocesamiento aloja un cuarto catalizador activo para catalizar la reformación de metano al vapor, la metanación y reacciones inversas de desplazamiento de gas de agua. La unidad de posconversión es, por ejemplo, una unidad de posconversión adiabática o un reactor de intercambio de calor por gas. El gas de síntesis posprocesado es un gas de síntesis con una relación de H2/CO menor que la relación de H2/CO del gas de síntesis de salida. Al añadir CO2 calentado y al realizar la reformación de metano al vapor, la metanación y reacciones inversas de desplazamiento de gas de agua en un reactor separado posterior a la sección reformadora, puede aumentarse la producción de CO del proceso y/o puede adaptarse la relación de H2/CO. La relación de H2/CO del gas de síntesis posprocesado es, por ejemplo, menor de 1,8, menor de 1,5 o incluso menor de 1,0. La temperatura del CO2 calentado añadido puede ser, por ejemplo, una temperatura de aproximadamente 300 °C, 400 °C o incluso de aproximadamente 500 °C o por encima.
En una realización, la unidad de posprocesamiento es una unidad de desplazamiento de gas de agua dispuesta para realizar la reacción de desplazamiento de gas de agua, proporcionando de ese modo un gas de síntesis posprocesado. En esta realización, el gas de síntesis posprocesado, es un gas de síntesis desplazado por gas de agua, tal como un gas de síntesis rico en hidrógeno o una corriente de gas hidrógeno. La unidad de desplazamiento de gas de agua puede ser una sola unidad de desplazamiento de gas de agua, tal como una unidad de desplazamiento de gas de agua de temperatura media, o una combinación de dos o más unidades de desplazamiento de gas de agua, por ejemplo, una unidad de desplazamiento de gas de agua de alta temperatura y una unidad de desplazamiento de gas de agua de baja temperatura.
En una realización, la sección posterior comprende una o más unidades de separación de gas dispuestas para separar una corriente de CO2, H2 y/o CO sustancialmente puro del gas de síntesis de salida que entra en la sección posterior, proporcionando de ese modo un gas de síntesis refinado. Aquí, se entiende que la expresión "sustancialmente puro" indica que el gas tiene al menos un 90 % de pureza, tal como un 95 % y preferiblemente un 99 % de pureza.
En una realización, la planta química comprende además una primera unidad de separación dispuesta para separar el gas de síntesis de salida o el gas de síntesis posprocesado en un condensado de agua y un gas de síntesis intermedio.
Una ventaja de la invención es que el módulo M del gas de síntesis de salida y/o el gas de síntesis intermedio puede adaptarse. El módulo M es la relación estequiométrica (H2-CO2)/(CO+CO2). El módulo M puede adaptarse entre 1,9 y 2,2, tal como aproximadamente 2,0 o 2,1, lo que es útil en el caso donde la sección posterior comprende un reactor de metanol dispuesto para convertir el gas de síntesis intermedio en metanol.
En una realización, la planta química comprende además una sección posterior dispuesta para recibir el gas de síntesis intermedio y procesar el gas de síntesis intermedio en un producto químico y un gas de descarga. El producto químico es, por ejemplo, un gas hidrógeno, un gas monóxido de carbono, hidrocarburos superiores, combustibles sintéticos, metanol o amoniaco.
En una realización, la planta química comprende además:
- una unidad de calentador por combustión anterior al reactor reformador calentado eléctricamente, estando dispuesta la unidad de calentador por combustión para precalentar el gas de alimentación, y
- un medio para reciclar al menos parte del gas de descarga procedente de la sección anterior como combustible a la unidad de calentador por combustión.
Para garantizar que el gas que entra en la unidad reformadora autotérmica está suficientemente calentado, típicamente se calentaría un gas de alimentación dentro de un calentador por combustión. En la planta química de la invención, el gas de alimentación se calienta y se reforma dentro del reactor reformador calentado eléctricamente anterior al reactor reformador autotérmico. Por lo tanto, el calentamiento dentro de la unidad de calentador por combustión puede reducirse. En particular, el gas de alimentación que alcanza el reactor reformador calentado eléctricamente puede tener una temperatura de aproximadamente 200-400 °C y puede salir del reactor reformador calentado eléctricamente como el primer gas de síntesis entre 450 °C y 850 °C. Cuando no se requiere que el calentador por combustión caliente el gas de alimentación hasta más de aproximadamente 400 °C, el calentador por combustión puede reducirse de tamaño o incluso omitirse.
Cuando la sección reformadora comprende un reactor reformador calentado eléctricamente anterior al reactor reformador autotérmico, la unidad de calentador por combustión anterior al reactor reformador calentado eléctricamente puede reducirse considerablemente de tamaño. Si la planta química comprende un prerreformador anterior a la sección reformadora, la unidad de calentador por combustión típicamente se coloca anterior al prerreformador. También puede colocarse un calentador por combustión anterior a una unidad para purificar el gas de alimentación (tal como una unidad de desulfuración). En algunos casos, puede usarse un calentador por combustión con varios propósitos de precalentamiento usando dos o más serpentines o secciones de serpentín.
Al reciclar el gas de descarga de la sección posterior de vuelta a la unidad de calentador por combustión, se hace posible maximizar el uso de hidrocarburos en el suministro en el aspecto del proceso y minimizar el uso directo de dichos hidrocarburos de la unidad de calentador por combustión. Por tanto, el consumo global de hidrocarburos se minimiza para una salida dada de gas de síntesis combinado desde la sección reformadora. Es posible equilibrar la planta química de modo que el funcionamiento de la unidad de calentador por combustión se ajuste para que esté accionada principalmente, o incluso completamente, por el calor aportado al quemar un gas de descarga reciclado. Esto permite un uso mínimo de gas natural importado para quemarlo para dar calor en la planta química, lo que a su vez permite una utilización óptima de gases de alimentación que comprenden hidrocarburos para la planta química. Típicamente, también se suministra una cantidad relativamente pequeña de gas de reposición que comprende hidrocarburo a la unidad de calentador por combustión para permitir el control del trabajo de la unidad de calentador por combustión. El término "trabajo" se entiende en este contexto como la contribución de calor añadida a o retirada de la operación de una unidad en una planta química. Además, se entiende que la expresión "cantidad pequeña relativa" indica que menos de un 20 % en volumen del gas combustible quemado en la unidad de calentador por combustión es gas de descarga reciclado. Como un ejemplo, entre un 5 y un 20 % en volumen, por ejemplo, aproximadamente un 10 % en volumen, del gas combustible quemado en la unidad de calentador por combustión es gas de descarga reciclado.
En una realización, la sección posterior comprende una o más unidades de separación de gas dispuestas para separar una corriente de CO2, H2 y/o CO sustancialmente puro del gas de síntesis intermedio, proporcionando de ese modo un gas refinado.
En una realización, la sección posterior comprende un reactor de amoniaco para convertir el gas de síntesis intermedio o el gas de síntesis refinado en amoniaco, un reactor de metanol para convertir el gas de síntesis intermedio o el gas de síntesis refinado en metanol, o un reactor de Fischer-Tropsch para convertir el gas de síntesis intermedio o el gas de síntesis refinado en una mezcla de hidrocarburos superiores.
Otro aspecto de la invención se refiere a un proceso para producir un producto químico a partir de un gas de alimentación que comprende hidrocarburos, en una planta química que comprende una sección reformadora, como de la reivindicación 13.
La sección reformadora comprende un reactor reformador calentado eléctricamente que aloja un primer catalizador, y un reactor reformador autotérmico posterior al reactor reformador calentado eléctricamente, donde el reactor reformador autotérmico aloja un segundo catalizador. El proceso comprende las etapas de:
- introducir el gas de alimentación al reactor reformador calentado eléctricamente y realizar reformación de metano al vapor para proporcionar un primer gas de síntesis,
- introducir el primer gas de síntesis al reactor reformador autotérmico y realizar reformación de metano al vapor para proporcionar un segundo gas de síntesis,
- producir el gas de síntesis de salida que comprende el segundo gas de síntesis desde la sección reformadora.
Debe apreciarse que se entiende que la expresión "realizar reformación" en el reactor reformador autotérmico indica que la reformación de metano al vapor tiene lugar sobre el segundo catalizador. Otras reacciones, tales como combustión parcial del suministro de hidrocarburo mediante cantidades subestequiométricas de oxígeno y desplazamiento de gas de agua, tienen lugar en el reactor reformador autotérmico.
Las ventajas del proceso y realizaciones del mismo corresponden a las ventajas de la planta química y realizaciones de la misma y, por lo tanto, no se describirán en mayor detalle aquí.
Breve descripción de las figuras
La figura 1 muestra una planta química de acuerdo con una realización de la invención, donde la sección reformadora comprende un reactor reformador calentado eléctricamente y un reactor autotérmico en serie;
La figura 2 muestra una planta química de acuerdo con una realización de la invención, donde la sección reformadora comprende un reactor reformador calentado eléctricamente, un reactor autotérmico y un reactor reformador de metano al vapor calentado con gas;
Las figuras 3 y 4 muestran plantas químicas de acuerdo con realizaciones de la invención, que comprenden una sección posterior y reciclado de un gas de descarga.
Descripción detallada de las figuras
La figura 1 muestra una planta química 100 de acuerdo con una realización de la invención. La planta química 100 es una planta de gas de síntesis que comprende una sección reformadora 110 con un reactor reformador calentado eléctricamente 108 que aloja un primer catalizador y un reactor reformador autotérmico 109 que aloja un segundo catalizador. El reactor reformador calentado eléctricamente 108 y el reactor reformador autotérmico 109 está dispuestos en serie dentro de la sección reformadora 110. El reactor reformador calentado eléctricamente 108 está dispuesto para recibir un gas de alimentación 25', y para generar un primer gas de síntesis 26. El reactor reformador autotérmico 109 está dispuesto para recibir el primer gas de síntesis 26, así como una corriente 27 de gas oxidante. La corriente 27 de gas oxidante comprende oxígeno y puede ser, por ejemplo, aire u oxígeno, o una mezcla de más de un 90 % de oxígeno, siendo el equilibrio, por ejemplo, nitrógeno, vapor y/o argón.
Durante el funcionamiento de la planta química 100, un gas de alimentación 21 que comprende hidrocarburos experimenta purificación del suministro en una unidad de desulfuración 101 y se convierte en un gas de alimentación desulfurado 22. El gas de alimentación 21 que comprende hidrocarburos es, por ejemplo, gas natural o gas ciudad. El gas de alimentación desulfurado 22 se precalienta en una unidad de calentador por combustión 105 y se añade vapor 23, produciendo una corriente de gas 24. La corriente de gas 24 se lleva a una unidad de prerreformación 102 que aloja el catalizador de reformación al vapor. Típicamente, la unidad de prerreformación 102 es una unidad de prerreformación adiabática, en donde los hidrocarburos superiores se hacen reaccionar de modo que el gas de alimentación prerreformado 25 que sale del prerreformador contiene nada o cantidades muy pequeñas de hidrocarburos superiores. El gas de alimentación prerreformado 25 se calienta en la unidad de calentador por combustión 105 en un gas de alimentación prerreformado calentado 25', que se lleva al reactor reformador calentado eléctricamente 108.
El gas de alimentación prerreformado calentado 25' experimenta reformación de metano al vapor en el reactor reformador calentado eléctricamente 108, y se emite un primer gas de síntesis 26 del reactor reformador calentado eléctricamente 108. El primer gas de síntesis 26 se introduce en el reactor reformador autotérmico 109, en donde experimenta combustión parcial junto con cantidades subestequiométricas de oxígeno de la corriente 27, seguido de reformación al vapor del gas de alimentación hidrocarbonado parcialmente quemado en un lecho fijo del segundo catalizador. El segundo catalizador es un catalizador de reformación de metano al vapor. Un segundo gas de síntesis 30 resultante se emite del reactor reformador autotérmico 109. El segundo gas de síntesis 30 se emite de la sección reformadora como el gas de síntesis de salida.
El reactor reformador calentado eléctricamente 108, por ejemplo, comprende una carcasa de presión que aloja una unidad de calentamiento eléctrica 108' dispuesta para calentar el primer catalizador. El primer catalizador es funcional para catalizar la reformación al vapor del gas de alimentación. La carcasa de presión tiene una presión nominal entre 5 y 45 bar. Una capa termoaislante puede estar adyacente a al menos parte del interior de dicha carcasa de presión. Al menos dos conductores están eléctricamente conectados a la unidad de calentamiento eléctrica y a una fuente de energía eléctrica 107 está colocada fuera de la carcasa de presión. La fuente de energía eléctrica 107 está dimensionada para calentar al menos parte del primer catalizador hasta una temperatura de al menos 500 °C al pasar una corriente eléctrica a través de la unidad de calentamiento eléctrica.
El gas de síntesis 30 de salida se enfría en un intercambiador de calor 111 en un gas de síntesis enfriado 30'. El gas de síntesis enfriado 30' entra en una unidad de posprocesamiento 113, por ejemplo, una unidad de desplazamiento de gas de agua, y sale un gas de síntesis desplazado por gas de agua 32 de la unidad de desplazamiento de gas de agua 113. El gas de síntesis desplazado por gas de agua 32 se enfría en un segundo intercambiador de calor 114 en un gas de síntesis desplazado por gas de agua enfriado 32', que entre en la primera unidad de separación 115. La primera unidad de separación 115, por ejemplo, comprende una unidad de separación ultrarrápida. El gas de síntesis desplazado por gas de agua enfriado 32', por tanto, entra en la unidad de separación ultrarrápida 115 dispuesta para separar el gas de síntesis desplazado por gas de agua enfriado 32' en agua 29 y un gas de síntesis intermedio 34, concretamente, un gas de síntesis seco. Opcionalmente, el gas de síntesis intermedio 34 puede entrar en una unidad PSA (no mostrada en la figura 1) dispuesta para separar el gas de síntesis intermedio 34 en un gas de síntesis de producto en forma de una corriente de hidrógeno sustancialmente puro y un gas de descarga. Se usa un fluido de intercambio de calor 20, tal como agua, para el intercambio de calor en el intercambiador de calor 111 y se exporta un fluido de intercambio de calor calentado, tal como vapor, como corriente 20'.
Debe apreciarse que la planta química 100 típicamente comprende equipo adicional, tal como compresores, intercambiadores de calor, etc.; sin embargo, dicho equipo adicional no se muestra en la figura 1. Además, debe apreciarse que, aunque la figura 1 muestra una unidad de purificación en forma de una unidad de desulfuración 101 y una unidad de prerreformación 102, dichas unidades no necesitan formar parte de la planta química 100.
La figura 2 muestra una planta química 200 de acuerdo con una realización de la invención. La planta química 200 es una planta de gas de síntesis que comprende una sección reformadora 210 con un reactor reformador calentado eléctricamente 108 que aloja un primer catalizador, un reactor reformador autotérmico 109 que aloja un segundo catalizador y un reactor reformador de metano al vapor calentado con gas 112 que aloja un tercer catalizador. El reactor reformador calentado eléctricamente 108 y el reactor reformador autotérmico 109 está dispuestos en serie dentro de la sección reformadora 210. El reactor reformador calentado eléctricamente 108 está dispuesto para recibir un gas de alimentación 25', y para generar un primer gas de síntesis 26. El reactor reformador autotérmico 109 está dispuesto para recibir el primer gas de síntesis 26, así como una corriente 27 de gas oxidante y para generar un segundo gas de síntesis 28. La corriente 27 de gas oxidante comprende oxígeno y puede ser, por ejemplo, aire u oxígeno, o una mezcla de más de un 90 % de oxígeno, siendo el equilibrio, por ejemplo, nitrógeno, vapor y/o argón.
Durante el funcionamiento de la planta química 100, un gas de alimentación 21 que comprende hidrocarburos experimenta purificación del suministro en una unidad de desulfuración 101 y se convierte en un gas de alimentación desulfurado 22. El gas de alimentación 21 que comprende hidrocarburos es, por ejemplo, gas natural o gas ciudad. El gas de alimentación desulfurado 22 se precalienta en una unidad de calentador por combustión 105 y se añade vapor 23, produciendo una corriente de gas 24. La corriente de gas 24 se lleva a una unidad de prerreformación 102 que aloja el catalizador de reformación al vapor. Típicamente, la unidad de prerreformación 102 es una unidad de prerreformación adiabática, en donde los hidrocarburos superiores se hacen reaccionar de modo que el gas de alimentación prerreformado 25 que sale del prerreformador contiene nada o cantidades muy pequeñas de hidrocarburos superiores. El gas de alimentación prerreformado 25 se calienta en la unidad de calentador por combustión 105 en un gas de alimentación prerreformado calentado 25', que se lleva al reactor reformador calentado eléctricamente 108.
Un gas combustible 46 que comprende hidrocarburos, por ejemplo, gas natural, se envía a la unidad de calentador por combustión para que se queme para proporcionar calor dentro de la unidad de calentador por combustión 105. Un gas efluente 48 se emite de la unidad de calentador por combustión 105.
Una primera parte 25a del gas de alimentación prerreformado calentado 25' experimenta reformación de metano al vapor en el reactor reformador calentado eléctricamente 108, y se emite un primer gas de síntesis 26 del reactor reformador calentado eléctricamente 108. El primer gas de síntesis 26 se introduce en el reactor reformador autotérmico 109, en donde experimenta combustión parcial junto con cantidades subestequiométricas de oxígeno de la corriente 27, seguido de reformación al vapor del gas de alimentación hidrocarbonado parcialmente quemado en un lecho fijo del segundo catalizador. El segundo catalizador es un catalizador de reformación al vapor. Un segundo gas de síntesis 30 resultante se emite del reactor reformador autotérmico 109.
El segundo gas de síntesis 28 se introduce al reactor reformador de metano al vapor calentado con gas 112 para proporcionar calor para la reacción de reformación de metano al vapor de la segunda parte 25b del gas de alimentación 25 que entra en el reactor reformador de metano al vapor calentado con gas 112 desde otro lado. El gas que sale del reactor reformador de metano al vapor calentado con gas 112 es un tercer gas de síntesis 30. El tercer gas de síntesis 30 es el gas de síntesis de salida emitido de la sección reformadora.
El gas de síntesis 30 de salida se enfría en un intercambiador de calor 111 en un gas de síntesis enfriado 30'. El gas de síntesis enfriado 30' entra en una unidad de posprocesamiento 113, por ejemplo, una unidad de desplazamiento de gas de agua, y sale un gas de síntesis desplazado por gas de agua 32 de la unidad de desplazamiento de gas de agua 113. El gas de síntesis desplazado por gas de agua 32 se enfría en un segundo intercambiador de calor 114 en un gas de síntesis desplazado por gas de agua enfriado 32', que entre en la primera unidad de separación 115. La primera unidad de separación 115, por ejemplo, comprende una unidad de separación ultrarrápida. El gas de síntesis desplazado por gas de agua enfriado 32', por tanto, entra en la unidad de separación ultrarrápida 115 dispuesta para separar el gas de síntesis desplazado por gas de agua enfriado 32' en agua 29 y un gas de síntesis intermedio 34, concretamente, un gas de síntesis seco. Opcionalmente, el gas de síntesis intermedio 34 puede entrar en una unidad PSA (no mostrada en la figura 1) dispuesta para separar el gas de síntesis intermedio 34 en un gas de síntesis de producto en forma de una corriente de hidrógeno sustancialmente puro y un gas de descarga. Se usa un fluido de intercambio de calor 20, tal como agua, para el intercambio de calor en el intercambiador de calor 111 y se exporta un fluido de intercambio de calor calentado, tal como vapor, como corriente 20'.
Debe apreciarse que la planta química 100 típicamente comprende equipo adicional, tal como compresores, intercambiadores de calor, etc.; sin embargo, dicho equipo adicional no se muestra en la figura 1. Además, debe apreciarse que, aunque la figura 1 muestra una unidad de purificación en forma de una unidad de desulfuración 101 y una unidad de prerreformación 102, dichas unidades no necesitan formar parte de la planta química 100.
La figura 3 muestra una planta química de acuerdo con realizaciones de la invención, que comprende una sección posterior y reciclado de un gas de descarga. Por tanto, la figura 3 incluye las unidades de la planta química mostrada en la figura 1 además de unidades adicionales. Las partes que son iguales para la figura 1 y 3 no se describirán en detalle a continuación.
La planta química 300 de la figura 3, por tanto, incluye la unidad de desulfuración 101, la unidad de prerreformación 102, la unidad de calentador por combustión 105, la sección reformadora 110, la unidad de posprocesamiento 113, la primera unidad de separación 115 y los intercambiadores de calor 111 y 114 como se describen en relación a la figura 1.
El gas de síntesis 30 de salida que sale de la sección reformadora 110 se enfría en el intercambiador de calor 111 en un gas de síntesis enfriado 30'. El gas de síntesis enfriado 30' entra en la unidad de posprocesamiento 113, aquí en forma de una unidad de desplazamiento de gas de agua, y un gas de síntesis desplazado por gas de agua 32 sale de la unidad de desplazamiento de gas de agua 113. El gas de síntesis desplazado por gas de agua 32 se enfría en un segundo intercambiador de calor 114 en un gas de síntesis desplazado por gas de agua enfriado 32', que entra en la primera unidad de separación 115, tal como, por ejemplo, una unidad de separación ultrarrápida 115 dispuesta para separar el gas de síntesis desplazado por gas de agua enfriado 32' en un condensado 29 y un gas de síntesis intermedio 34, concretamente un gas de síntesis seco. El gas de síntesis intermedio 34 entre en la sección posterior 116 dispuesta para procesar el gas de síntesis intermedio 34 en un producto químico 40 y un gas de descarga 45. La sección posterior 116 comprende, por ejemplo, un reactor de amoniaco para convertir el gas de síntesis intermedio 34 en amoniaco, un reactor de metanol para convertir el gas de síntesis intermedio 34 en metanol, o un reactor de Fischer-Tropsch para convertir el gas de síntesis intermedio 34 en una mezcla de hidrocarburos superiores.
El gas de descarga 45 de la sección posterior 116 se recicla como combustible a uno o más quemadores de la unidad de calentador por combustión 105. El gas de descarga 45 se combina con una pequeña cantidad de gas de reposición 46 que comprende hidrocarburos, por ejemplo, gas natural, para formar el gas combustible 47 enviado al uno o más quemadores de la unidad de calentador por combustión 105. La unidad de calentador por combustión 105 está dispuesta para proporcionar calor para precalentar el gas de alimentación 21, el gas de alimentación desulfurado 22 y el gas de alimentación prerreformado 25. Un gas efluente 48 se emite de la unidad de calentador por combustión 105.
Un gas combustible 46 que comprende hidrocarburos, por ejemplo, gas natural, se envía a la unidad de calentador por combustión para que se queme para proporcionar calor dentro de la unidad de calentador por combustión 105. Un gas efluente 48 se emite de la unidad de calentador por combustión 105.
Se usa un fluido de intercambio de calor 20, tal como agua, para el intercambio de calor en el intercambiador de calor 111 y se exporta un fluido de intercambio de calor calentado, tal como vapor, como corriente 20'. Una parte del vapor se usa como adición de vapor 23 al gas de alimentación desulfurado 22.
Al reciclar el gas de descarga de la sección posterior 116 de vuelta a la unidad de calentador por combustión 105, se hace posible maximizar el uso de hidrocarburos en el suministro en el aspecto del proceso y minimizar el uso de gas natural dentro de la unidad de calentador por combustión 105. Es posible equilibrar la planta química de modo que el funcionamiento de la unidad de calentador por combustión 105 se ajuste para que esté accionada principalmente, o incluso completamente, por el calor aportado al quemar un gas de descarga reciclado 45. Esto permite un uso mínimo de gas natural importado para quemarlo para dar calor en la planta química 300, lo que a su vez permite una utilización óptima de gases de alimentación que comprenden hidrocarburos para la planta química. Típicamente, una cantidad relativamente pequeña de gas de reposición 46 que comprende hidrocarburos, por ejemplo, gas natural, también se suministra a la unidad de calentador por combustión 105 para permitir el control del trabajo de la unidad de calentador por combustión. El término "trabajo" se entiende en este contexto como la contribución de calor añadida a o retirada de la operación de una unidad en una planta química.
La figura 4 muestra una planta química 400 de acuerdo con una realización de la invención, que comprende una sección posterior y reciclado de un gas de descarga. La figura 4 incluye las unidades de las plantas químicas mostradas en la figura 2, además de unidades adicionales. Las partes que son iguales para la figura 2 y 4 no se describirán en detalle a continuación.
La planta química 300 de la figura 3, por tanto, incluye la unidad de desulfuración 101, la unidad de prerreformación 102, la unidad de calentador por combustión 105, la sección reformadora 210, la unidad de posprocesamiento 113, la primera unidad de separación 115 y los intercambiadores de calor 111 y 114 como se describen en relación a la figura 2.
El gas de síntesis 30 de salida que sale de la sección reformadora 210 se enfría en el intercambiador de calor 111 en un gas de síntesis enfriado 30'. El gas de síntesis enfriado 30' entra en la unidad de posprocesamiento 113, aquí en forma de una unidad de desplazamiento de gas de agua, y un gas de síntesis desplazado por gas de agua 32 sale de la unidad de desplazamiento de gas de agua 113. El gas de síntesis desplazado por gas de agua 32 se enfría en un segundo intercambiador de calor 114 en un gas de síntesis desplazado por gas de agua enfriado 32', que entra en la primera unidad de separación 115, tal como, por ejemplo, una unidad de separación ultrarrápida 115 dispuesta para separar el gas de síntesis desplazado por gas de agua enfriado 32' en un condensado 29 y un gas de síntesis intermedio 34, concretamente un gas de síntesis seco. El gas de síntesis intermedio 34 entre en la sección posterior 116 dispuesta para procesar el gas de síntesis intermedio 34 en un producto químico 40 y un gas de descarga 45. La sección posterior 116 comprende, por ejemplo, un reactor de amoniaco para convertir el gas de síntesis intermedio 34 en amoniaco, un reactor de metanol para convertir el gas de síntesis intermedio 34 en metanol, o un reactor de FischerTropsch para convertir el gas de síntesis intermedio 34 en una mezcla de hidrocarburos superiores.
El gas de descarga 45 de la sección posterior 116 se recicla como combustible a uno o más quemadores de la unidad de calentador por combustión 105. El gas de descarga 45 se combina con una pequeña cantidad de gas de reposición 46 que comprende hidrocarburos, por ejemplo, gas natural, para formar el gas combustible 47 enviado al uno o más quemadores de la unidad de calentador por combustión 105. La unidad de calentador por combustión 105 está dispuesta para proporcionar calor para precalentar el gas de alimentación 21, el gas de alimentación desulfurado 22 y el gas de alimentación prerreformado 25.
Se usa un fluido de intercambio de calor 20, tal como agua, para el intercambio de calor en el intercambiador de calor 111 y se exporta un fluido de intercambio de calor calentado, tal como vapor, como corriente 20'. Una parte del vapor se usa como adición de vapor 23 al gas de alimentación desulfurado 22.
Al reciclar el gas de descarga de la sección posterior 116 de vuelta a la unidad de calentador por combustión 105, se hace posible maximizar el uso de hidrocarburos en el suministro en el aspecto del proceso y minimizar el uso de gas natural dentro de la unidad de calentador por combustión 105. Es posible equilibrar la planta química de modo que el funcionamiento de la unidad de calentador por combustión 105 se ajuste para que esté accionada principalmente, o incluso completamente, por el calor aportado al quemar un gas de descarga reciclado 45. Esto permite un uso mínimo de gas natural importado para quemarlo para dar calor en la planta química 300, lo que a su vez permite una utilización óptima de gases de alimentación que comprenden hidrocarburos para la planta química. Típicamente, una cantidad relativamente pequeña de gas de reposición 46 que comprende hidrocarburos, por ejemplo, gas natural, también se suministra a la unidad de calentador por combustión 105 para permitir el control del trabajo de la unidad de calentador por combustión 105. El término "trabajo" se entiende en este contexto como la contribución de calor añadida a o retirada de la operación de una unidad en una planta química.
Las realizaciones mostradas en las figuras 1 a 4 muestran todas un gas de alimentación que entra en el reactor reformador calentado eléctricamente desde el lado inferior del reactor reformador calentado eléctricamente. Se entiende que este no es necesariamente el caso y que el gas de alimentación puede entrar al reactor reformador calentado eléctricamente desde la parte superior o el lateral, si fuera apropiado.
Debe apreciarse que las plantas químicas mostradas en las figuras 1 a 4 típicamente comprenden equipo adicional, tal como compresores, intercambiadores de calor, etc.; sin embargo, dicho equipo adicional no se muestra en las figuras.
Ejemplo:
En el diseño clásico de metanol de reformación en 2 etapas (2-etapas-MeOH), la planta química comprende una sección reformadora con un reformador principal en forma de un reformador de metano al vapor (SMR) y una sección de metanol. Se usa gas natural como suministro principal del reformador y se prerreforma y suministra al reformador principal. El calentamiento del SMR se proporciona por gas natural en alguna parte y de gas de descarga expandido de la síntesis de metanol (MeOH) que proviene en parte del circuito de MeOH y la destilación de MeOH. El gas parcialmente reformado del reformador principal se envía a un reformador secundario al que se aporta oxígeno, típicamente de una unidad de separación de aire (ASU), donde la adición de oxígeno se controla para obtener el módulo deseado del gas de síntesis. El gas de síntesis de la sección reformadora se enfría para eliminar el agua en el gas del proceso, antes de comprimirlo a 92 barg. El compresor se accionaba mediante una turbina de vapor, impulsado sobre vapor supercalentado producido en la sección de calor residual del SMR. El gas de síntesis comprimido se combinó con gas de reciclado del circuito de metanol y se envió al reactor de metanol de la sección de metanol y el producto resultante se refinó en un producto de metanol puro final.
En este ejemplo, un diseño de metanol de reformación en 2 etapas (2-etapas-MeOH) como se describe anteriormente se compara con un reformador calentado eléctricamente (2-etapas eSMR-MeOH). La preparación de un diseño de reformación de 2 etapas con un reformador calentado eléctricamente (eSMR) se hizo también incluyendo un calentador por combustión para precalentar el suministro; el calentador por combustión se alimentó parcialmente por gas de descarga expandido de la sección de metanol y gas natural. En este caso específico, se requirió quemar adicionalmente gas natural para proporcionar vapor supercalentado suficiente para accionar la o las turbinas.
En la tabla 1 se muestra la comparación de las cifras de consumo de los dos diseños. Se descubrió que el uso de un reformador calentado eléctricamente (eSMR) en el diseño de reformación de 2 etapas en 2-etapas-eSMR-MeOH tiene el mismo consumo de suministro que el diseño clásico 2-etapas-MeOH. Sin embargo, se encuentra una gran diferencia en el aspecto del combustible, donde la mayoría del consumo de gas natural se remplazó con electricidad. Esto, obviamente, se traduce en menos emisiones de CO2 del diseño 2-etapas-eSMR-MeOH, lo que está asociado con las emisiones reducidas de gas de escape.
Tabla 1
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Claims (25)

REIVINDICACIONES
1. Una planta química que comprende:
- una sección reformadora dispuesta para recibir un gas de alimentación que comprende hidrocarburos, incluyendo metano, y proporcionar un gas de síntesis de salida, en donde dicha sección reformadora comprende:
- un reactor reformador calentado eléctricamente que aloja un primer catalizador, estando dispuesto dicho reactor reformador calentado eléctricamente para recibir dicho gas de alimentación y generar un primer gas de síntesis mediante una reacción de metano al vapor,
- un reactor reformador autotérmico posterior a dicho reactor reformador calentado eléctricamente, alojando dicho reactor reformador autotérmico un segundo catalizador, estando dispuesto dicho reactor reformador autotérmico para recibir dicho primer gas de síntesis y para emitir un segundo gas de síntesis, en donde dicha sección reformadora está dispuesta para emitir dicho gas de síntesis de salida que comprende dicho segundo gas de síntesis,
en donde dicho reactor reformador calentado eléctricamente comprende:
- una carcasa de presión que aloja una unidad de calentamiento eléctrica dispuesta para calentar dicho primer catalizador, donde dicho primer catalizador es funcional para catalizar la reformación al vapor de dicho gas de alimentación,
en donde dicha carcasa de presión tiene una presión nominal entre 5 y 90 bar,
- una capa termoaislante adyacente a al menos parte del interior de dicha carcasa de presión, y
- al menos dos conductores conectados eléctricamente a dicha unidad de calentamiento eléctrica y a una fuente de energía eléctrica colocada fuera de dicha carcasa de presión,
en donde dicha fuente de energía eléctrica está dimensionada para calentar al menos parte de dicho primer catalizador hasta una temperatura de al menos 450 °C al pasar una corriente eléctrica a través de dicha unidad de calentamiento eléctrica,
en donde dicha unidad de calentamiento eléctrica comprende una estructura macroscópica de material eléctricamente conductor, donde dicha estructura macroscópica sostiene un recubrimiento cerámico y dicho recubrimiento cerámico sostiene dicho primer catalizador.
2. La planta química de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende además un prerreformador anterior a dicho reactor reformador calentado eléctricamente.
3. La planta química de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 2, en donde dicha sección reformadora además comprende un reactor reformador de metano al vapor calentado con gas en paralelo a dicho reactor reformador calentado eléctricamente y dicho reactor reformador autotérmico, en donde dicho reactor reformador de metano al vapor calentado con gas comprende un tercer catalizador y que es funcional para recibir un segundo gas de alimentación que comprende hidrocarburos y para utilizar al menos parte de dicho segundo gas de síntesis como medio de calentamiento en intercambio de calor dentro de dicho reactor reformador de metano al vapor calentado con gas, estando dispuesto dicho reactor reformador de metano al vapor calentado con gas para generar un tercer gas de síntesis.
4. La planta química de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, que comprende además:
- una unidad de posprocesamiento posterior a la sección reformadora, donde dicha unidad de posprocesamiento está dispuesta para recibir dicho gas de síntesis de salida y proporcionar un gas de síntesis posprocesado.
5. La planta química de acuerdo con la reivindicación 4, en donde dicha unidad de posprocesamiento es una unidad de posconversión que tiene una entrada para permitir la adición de CO2 calentado a dicho gas de síntesis de salida anterior a la unidad de posconversión, y que aloja un cuarto catalizador activo para catalizar la reformación de metano al vapor, la metanación y desplazamiento inverso de gas de agua.
6. La planta química de acuerdo con la reivindicación 4 o 5, en donde dicha unidad de posprocesamiento es una unidad de desplazamiento de gas de agua dispuesta para realizar la reacción de desplazamiento de gas de agua, proporcionando de ese modo un gas de síntesis posprocesado.
7. La planta química de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, que comprende además:
- una primera unidad de separación dispuesta para separar dicho gas de síntesis de salida o dicho gas de síntesis posprocesado en un condensado de agua y un gas de síntesis intermedio.
8. La planta química de acuerdo con cualquiera de la reivindicación 7, que comprende además:
- una sección posterior dispuesta para recibir el gas de síntesis intermedio y procesar el gas de síntesis intermedio en un producto químico y un gas de descarga.
9. La planta química de acuerdo con la reivindicación 8, que comprende además:
- una unidad de calentador por combustión anterior a dicho reactor reformador calentado eléctricamente, estando dispuesta la unidad de calentador por combustión para precalentar dicho gas de alimentación, y
- un medio para reciclar al menos parte de dicho gas de descarga de dicha sección posterior como combustible a la unidad de calentador por combustión.
10. La planta química de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 8-9, en donde dicha sección posterior comprende una o más unidades de separación de gas dispuestas para separar una corriente de CO2, H2 y/o CO sustancialmente puro de dicho gas de síntesis intermedio, proporcionando de ese modo un gas de síntesis refinado.
11. La planta química de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 8 a 10, en donde dicha sección posterior comprende un reactor de amoniaco para convertir dicho gas de síntesis intermedio o dicho gas de síntesis refinado en amoniaco, un reactor de metanol para convertir dicho gas de síntesis intermedio o dicho gas de síntesis refinado en metanol, o un reactor de Fischer-Tropsch para convertir dicho gas de síntesis intermedio o dicho gas de síntesis refinado a una mezcla de hidrocarburos superiores.
12. La planta química de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-11, en donde la fuente de energía eléctrica y la unidad de calentamiento eléctrica dentro de la carcasa de presión están dimensionadas de modo que al menos parte de la unidad de calentamiento eléctrica alcance una temperatura de 450 °C-850 °C, tal como 500 °C-750 °C y preferiblemente 550 °C-650 °C.
13. Un proceso para producir un producto químico a partir de un gas de alimentación que comprende hidrocarburos, incluyendo metano, en una planta química que comprende una sección reformadora, comprendiendo dicha sección reformadora un reactor reformador calentado eléctricamente que aloja un primer catalizador, y un reactor reformador autotérmico posterior a dicho reactor reformador calentado eléctricamente, alojando dicho reactor reformador autotérmico un segundo catalizador, comprendiendo dicho proceso las etapas de:
- introducir dicho gas de alimentación a dicho reactor reformador calentado eléctricamente y realizar reformación de metano al vapor para proporcionar un primer gas de síntesis,
- introducir dicho primer gas de síntesis a dicho reactor reformador autotérmico y realizar reformación de metano al vapor para proporcionar un segundo gas de síntesis,
- producir un gas de síntesis que comprende dicho segundo gas de síntesis desde dicha sección reformadora, en donde dicho reactor reformador calentado eléctricamente comprende una carcasa de presión que aloja una unidad de calentamiento eléctrica dispuesta para calentar dicho primer catalizador, en donde dicho primer catalizador es funcional para catalizar la reformación al vapor de dicho gas de alimentación, en donde dicha carcasa de presión tiene una presión nominal entre 5 y 90 bar,
- una capa termoaislante adyacente a al menos parte del interior de dicha carcasa de presión, y
- al menos dos conductores conectados eléctricamente a dicha unidad de calentamiento eléctrica y a una fuente de energía eléctrica colocada fuera de dicha carcasa de presión,
en donde dicho proceso comprende además las etapas de:
- presurizar dicho gas de alimentación hasta una presión entre 5 y 90 bar anterior a dicho reactor reformador calentado eléctricamente,
- pasar una corriente eléctrica a través de dicha unidad de calentamiento eléctrica, calentando de ese modo al menos parte de dicho primer catalizador hasta una temperatura de al menos 450 °C,
en donde dicha unidad de calentamiento eléctrica comprende una estructura macroscópica de material eléctricamente conductor, donde dicha estructura macroscópica sostiene un recubrimiento cerámico y dicho recubrimiento cerámico sostiene dicho primer catalizador.
14. El proceso de acuerdo con la reivindicación 13, que comprende además la etapa de añadir una o más corrientes de alimentación adicionales a la sección reformadora anterior al reformador calentado eléctricamente, al primer gas de síntesis y/o directamente al reactor reformador autotérmico.
15. El proceso de acuerdo con la reivindicación 14, en donde un gas de cola de una unidad de Fischer-Tropsch se añade al primer gas de síntesis o directamente al reactor reformador autotérmico.
16. El proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 13 a 15, que comprende además la etapa de prerreformación de dicho gas de alimentación en un prerreformador anterior a dicho reactor reformador calentado eléctricamente.
17. El proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 13 a 16, en donde dicha sección reformadora además comprende un reactor reformador de metano al vapor calentado con gas en paralelo a dicho reactor reformador calentado eléctricamente y dicho reactor reformador autotérmico, en donde dicho reactor reformador de metano al vapor calentado con gas comprende un tercer catalizador, comprendiendo dicho proceso además las etapas de: - introducir un segundo suministro que comprende hidrocarburos en dicho reactor reformador de metano al vapor calentado con gas,
- utilizar al menos parte de dicho segundo gas de síntesis como medio de calentamiento en intercambio de calor dentro de dicho reactor reformador de metano al vapor calentado con gas,
- generar un tercer gas de síntesis sobre el tercer catalizador dentro del reactor reformador de metano al vapor calentado con gas, y
- emitir dicho tercer gas de síntesis de dicha sección reformadora como al menos parte de dicho gas de síntesis de salida.
18. El proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 13 a 17, que comprende además:
- en una unidad de posprocesamiento posterior a dicha sección reformadora, posprocesar dicho gas de síntesis de salida para proporcionar un gas de síntesis posprocesado.
19. El proceso de acuerdo con la reivindicación 18, en donde dicha unidad de posprocesamiento es una unidad de posconversión que aloja un cuarto catalizador activo para catalizar la reformación de metano al vapor, la metanación y reacciones inversas de desplazamiento de gas de agua, en donde dicho proceso además comprende la etapa de introducir CO2 calentado a dicho gas de síntesis de salida anterior a dicha unidad de posconversión.
20. El proceso de acuerdo con la reivindicación 18 o 19, en donde dicha unidad de posprocesamiento es una unidad de desplazamiento de gas de agua y la etapa de posprocesamiento de dicho gas de síntesis de salida comprende realizar la reacción de desplazamiento de gas de agua.
21. El proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 13 a 20, que comprende además la etapa de: - separar dicho gas de síntesis de salida o dicho gas de síntesis posprocesado en un condensado de agua y un gas de síntesis intermedio en una primera unidad de separación posterior a dicha unidad de posprocesamiento.
22. El proceso de acuerdo con la reivindicación 21, que comprende además la etapa de:
- proporcionar dicho gas de síntesis intermedio a una sección posterior dispuesta para recibir el gas de síntesis intermedio y para procesar el gas de síntesis intermedio en dicho producto químico y un gas de descarga.
23. El proceso de acuerdo con la reivindicación 22, que comprende además:
- proporcionar combustible a una unidad de calentador por combustión anterior a dicho reactor reformador autotérmico, siendo funcional dicha unidad de calentador por combustión para precalentar dicho gas de alimentación, y
- reciclar al menos parte de dicho gas de descarga de dicha sección posterior como combustible a la unidad de calentador por combustión.
24. El proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 21 a 23, en donde dicho proceso comprende separar una corriente de CO2, H2 y/o CO sustancialmente puro de dicho gas de síntesis intermedio, proporcionando de ese modo un gas de síntesis refinado, en una o más unidades de separación de gas de dicha sección posterior.
25. El proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 21 a 24, en donde dicho proceso comprende además: convertir dicho gas de síntesis intermedio en amoniaco en un reactor de amoniaco de dicha sección posterior, convertir dicho gas de síntesis intermedio en metanol en un reactor de metanol de dicha sección posterior o convertir dicho gas de síntesis intermedio a una mezcla de hidrocarburos superiores en un reactor de Fischer-Tropsch.
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