ES2959816T3 - Proceso de reformado con vapor con bajas emisiones de dióxido de carbono - Google Patents

Proceso de reformado con vapor con bajas emisiones de dióxido de carbono Download PDF

Info

Publication number
ES2959816T3
ES2959816T3 ES20737537T ES20737537T ES2959816T3 ES 2959816 T3 ES2959816 T3 ES 2959816T3 ES 20737537 T ES20737537 T ES 20737537T ES 20737537 T ES20737537 T ES 20737537T ES 2959816 T3 ES2959816 T3 ES 2959816T3
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
section
steam reforming
tubes
tube
reformer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
ES20737537T
Other languages
English (en)
Inventor
Fabio Ruggeri
Luca Mancuso
Luigi Sangalli
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Wood Italiana Srl
Original Assignee
Wood Italiana Srl
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Wood Italiana Srl filed Critical Wood Italiana Srl
Application granted granted Critical
Publication of ES2959816T3 publication Critical patent/ES2959816T3/es
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
    • C01B3/34—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
    • C01B3/38—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts
    • C01B3/382—Multi-step processes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
    • B01J8/06—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds in tube reactors; the solid particles being arranged in tubes
    • B01J8/067—Heating or cooling the reactor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J19/2415—Tubular reactors
    • B01J19/2425—Tubular reactors in parallel
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/008—Details of the reactor or of the particulate material; Processes to increase or to retard the rate of reaction
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00008—Controlling the process
    • B01J2208/00017—Controlling the temperature
    • B01J2208/00106—Controlling the temperature by indirect heat exchange
    • B01J2208/00168—Controlling the temperature by indirect heat exchange with heat exchange elements outside the bed of solid particles
    • B01J2208/00194—Tubes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0205—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step
    • C01B2203/0227—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step
    • C01B2203/0233—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step the reforming step being a steam reforming step
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0283—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a CO-shift step, i.e. a water gas shift step
    • C01B2203/0288—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a CO-shift step, i.e. a water gas shift step containing two CO-shift steps
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
    • C01B2203/042—Purification by adsorption on solids
    • C01B2203/043—Regenerative adsorption process in two or more beds, one for adsorption, the other for regeneration
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
    • C01B2203/0465—Composition of the impurity
    • C01B2203/0475—Composition of the impurity the impurity being carbon dioxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/08—Methods of heating or cooling
    • C01B2203/0805—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0811—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by combustion of fuel
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/08—Methods of heating or cooling
    • C01B2203/0805—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0833—Heating by indirect heat exchange with hot fluids, other than combustion gases, product gases or non-combustive exothermic reaction product gases
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/10—Catalysts for performing the hydrogen forming reactions
    • C01B2203/1041—Composition of the catalyst
    • C01B2203/1047—Group VIII metal catalysts
    • C01B2203/1052—Nickel or cobalt catalysts
    • C01B2203/1058—Nickel catalysts
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/14—Details of the flowsheet
    • C01B2203/142—At least two reforming, decomposition or partial oxidation steps in series
    • C01B2203/143—Three or more reforming, decomposition or partial oxidation steps in series

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)

Abstract

Un proceso de reformado con vapor para producir gas de síntesis a partir de hidrocarburos comprende: una primera etapa de reformado con vapor, en la que se suministra una corriente de gas de materia prima de hidrocarburos a una primera sección de reformado (51) que comprende al menos un primer reformador calentado por gas, donde tienen lugar las reacciones de reformado con vapor. formar un efluente parcialmente reformado; un segundo efluente de reformado con vapor, en donde el efluente parcialmente reformado que sale de la primera sección de reformado (51) se suministra a una segunda sección de reformado con vapor (52) que comprende al menos un segundo reformador, donde en una cámara radiante fuera de los tubos, se lleva a cabo una combustión de aire lugar; el segundo reformador es un reformador calentado por gas. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Proceso de reformado con vapor con bajas emisiones de dióxido de carbono
Campo técnico
La presente invención se refiere a un proceso de reformado con vapor, en particular para producir gas de síntesis, que asegura una alta reducción de las emisiones de dióxido de carbono, mayor que el 90%.
Antecedentes de la técnica
Como es conocido, el gas de síntesis (syngas) es una mezcla de gases formada esencialmente por hidrógeno (H2) y monóxido de carbono (CO) y que contiene, en menores cantidades, metano (CH4), dióxido de carbono (CO2), nitrógeno y otros gases inertes.
El gas de síntesis se produce comúnmente por medio de una reacción de reformado con vapor de hidrocarburos (tales como metano), realizada en un reactor de reformado (reformador).
Generalmente el proceso de reformado con vapor se realiza en un reactor tubular compuesto por una o más filas de tubos dispuestos en el interior de una cámara de combustión, que proporciona calor para desarrollar la reacción (que es altamente endotérmica) por medio de intercambio de calor principalmente por radiación. El reactor tubular puede ser precedido posiblemente por una etapa de reformado previo adiabático y normalmente es precedido por una etapa de purificación de carga. Aguas abajo del reactor de reformado es conocido disponer una sección para convertir el monóxido de carbono mediante una reacción de desplazamiento, seguida de una sección para enfriar el gas de síntesis y purificar el hidrógeno obtenido, que comprende normalmente una denominada unidad de Adsorción por Cambio de Presión (PSA).
El documento EP0926097A1 describe un proceso de reformado con vapor para producir hidrocarburos: las materias primas de hidrocarburos se convierten en gas de síntesis en un proceso de dos etapas que comprende una etapa inicial de reformado con vapor seguida por una conversión final a gas de síntesis en un reactor de membrana de conducción mixta.
Los procesos de reformado con vapor conocidos no son completamente satisfactorios y tienen algunos inconvenientes.
En primer lugar, las emisiones de CO2 relacionadas con el proceso son muy significativas: por cada tonelada de hidrógeno producida mediante este método, también se producen 9 toneladas de CO2.
Además, la eficiencia energética del proceso, si se integra con una etapa de captura de CO2, no es satisfactoria en lo que respecta a reducción de emisiones, si se realiza en la sección de conversión de gas. En realidad, debido a que la sección de combustión importa gas combustible, el porcentaje máximo de captura se limita a alrededor del 65% del CO2 total producido. Para el sistema de captura de humos alternativo se supera este límite y es posible obtener una captura de hasta el 90-95%, con las pérdidas dramáticas de eficiencia global resultantes en la generación de la energía necesaria para la purificación, junto con un aumento de los costes de instalación, lo que puede conducir en realidad a duplicar el coste total de la planta.
Descripción de la invención
Un objeto de la presente invención es proporcionar un proceso de reformado con vapor, en particular para producir gas de síntesis, que supere los inconvenientes señalados en la presente memoria de la técnica anterior.
Un objeto adicional de la invención es proporcionar un proceso que sea particularmente ventajoso en lo que respecta a eficacia y eficiencia de captura de CO2, usando en particular un reactor de reformado, usado como complemento del reformador con vapor tradicional, que no se ve afectado ni siquiera por expansiones térmicas relevantes y que no solamente es totalmente eficiente y fiable sino también de construcción e instalación sencilla y rentable. Tal reactor emplea como medio de calentamiento el efluente gaseoso procedente del reformador con vapor de temperatura ultraalta (más allá de 920°C), permitiendo mantener un syngas a la salida de la sección integrada con un contenido de metano que es menor que el 2%, este resultado que no es obtenible de manera rentable con las presentes instalaciones integradas de última generación.
En particular, un objeto de la invención es proporcionar un proceso que sea ventajoso en términos de costes de operación y requisitos de instalación, y que permita además una alta reducción de emisiones de CO2 (mayor que el 90%, aproximadamente entre el 92 y el 98%).
Tal resultado se puede obtener acoplando un equipo específico (reformador calentado por gas), descrito en los siguientes párrafos, en una cadena de proceso innovadora que, proporcionando una sección de doble desplazamiento a temperatura media y baja con enfriamiento intermedio y una unidad de captura de CO2 permite obtener un syngas altamente descarburado (contenido de hidrógeno incluso más allá del 97% antes de la sección de purificación de PSA). La posibilidad de usar este syngas como combustible para la sección de reformado (en lugar de metano o gas combustible) permite obtener una captura global de CO2 muy alta, mayor que al menos el 90% e incluso hasta el 98%, un resultado que no se puede alcanzar con la tecnología de última generación actual.
De este modo, la presente invención se refiere a un proceso de reformado con vapor, en particular para producir gases de síntesis, como se define en la reivindicación 1 adjunta, y también, en lo que respecta a los caracteres adicionales preferidos, en las reivindicaciones dependientes.
De este modo, la invención proporciona un proceso de reformado con vapor que permite evitar suministrar gas combustible y generar vapor a alta presión en exceso, reduciendo el gas a ser tratado y mejorando la calidad del gas de síntesis saliente y, de este modo, que es particularmente ventajoso en términos de costes de funcionamiento y requisitos de instalación, además de reducción de emisiones.
Además, el proceso de la invención es particularmente ventajoso en el sentido de que emplea un reactor que, de manera sencilla, rentable y totalmente eficiente, evita los problemas típicamente relacionados con altas expansiones térmicas.
Un reactor de reformado con vapor comprende sustancialmente un recipiente que aloja un haz de tubos soportados por un par de placas de tubos. Un fluido de proceso que se somete a una o más reacciones pasa a través de los tubos; un medio de calentamiento proporciona calor a los tubos, por ejemplo, a través de la circulación de un fluido de calentamiento que toca ligeramente el exterior de los tubos en la región entre las placas de tubos.
En los reactores de reformado con vapor tiene lugar una expansión térmica diferencial significativa entre los tubos y las placas de tubos que los soportan y delimitan el área de paso del fluido de calentamiento que proporciona calor a los tubos y, por tanto, al fluido de proceso.
Una situación tal como la que acabamos de describir ocurre, por ejemplo, en reactores de reformado con vapor donde tiene lugar el reformado de hidrocarburos para producir gas de síntesis. En cualquier caso, se pueden encontrar problemas similares en otras aplicaciones en las que ocurren expansiones térmicas diferenciales significativas.
De hecho, el fluido de proceso que pasa a través de los tubos es una mezcla de reactivos que contiene hidrocarburos y vapor y se envía a través de los tubos, que se llenan con un catalizador y se calientan en el exterior mediante un medio de calentamiento, generalmente un gas caliente que toca ligeramente el exterior de los tubos. Los tubos de un reactor de reformado tienen una longitud considerable, típicamente varios metros, y se someten a variaciones de temperatura significativas. En consecuencia, los tubos se someten, en uso, a expansiones térmicas significativas en una dirección longitudinal, típicamente del orden de varios centímetros. Como los tubos están restringidos a las placas de tubos, la expansión térmica puede causar daños.
Con el fin de superar el problema, es conocido dotar a los extremos del tubo con dispositivos que permitan una expansión diferencial.
No obstante, los sistemas conocidos pueden no ser completamente satisfactorios, en particular pueden ser complicados, no completamente eficientes o escasamente fiables, relativamente caros durante la etapa de producción e instalación.
Según la invención, en el proceso de reformado se emplea un reactor que tiene características tales como evitar los problemas relacionados con la expansión térmica del tubo.
Breve descripción de los dibujos
Características y ventajas adicionales de la presente invención llegarán a estar claras a partir de la siguiente descripción de una realización de la misma, con referencia a las figuras en los dibujos adjuntos, en donde:
- la figura 1 es una vista esquemática en sección longitudinal de un reactor, en particular un reactor de reformado con vapor, para ser usado en el proceso de reformado según la invención;
- la figura 2 es una vista a escala ampliada del detalle II de la figura 1;
- la figura 3 es un diagrama de bloques que ilustra el proceso de reformado con vapor, en particular para producir gas de síntesis, según la invención y el uso del reactor de la figura 1.
Mejor modo para llevar a cabo la invención
En la figura 1, un reactor, en particular un reactor de reformado (o reformador), se indica generalmente mediante 1. En el ejemplo no limitativo descrito en la presente memoria, el reactor 1 se usa en particular para reformar con vapor hidrocarburos para producir gases de síntesis.
El reactor 1 comprende un recipiente exterior 2 que se extiende a lo largo y alrededor de un eje longitudinal A.
En particular, el recipiente 2 tiene una parte central 3 sustancialmente cilindrica y dos tapas extremas 4 axialmente opuestas, dotadas con conectores 5 respectivos que definen una entrada 7 y una salida 8 para un fluido de proceso que pasa a través del reactor 1.
El reactor 1 comprende luego un haz de tubos 10 formado por una pluralidad de tubos de reacción y de intercambio térmico 11, que se extienden paralelos entre sí y con el eje A en el interior del recipiente 2 y precisamente de la parte central 3.
Los tubos 11 están soportados por una placa de tubos superior 12 y una placa de tubos inferior 13, colocadas en extremos longitudinales opuestos respectivos de la parte 3 y fijadas a una pared lateral 14 del recipiente 2.
Los tubos 11 se extienden a lo largo de ejes longitudinales X respectivos, paralelos al eje A del reactor 1, entre extremos longitudinales 15, 16 opuestos respectivos unidos respectivamente a la placa de tubos superior 12 y a la placa de tubos inferior 13.
Las placas de tubos 12, 13 son transversales y sustancialmente perpendiculares al eje A y delimitan en el interior del reactor 1: una zona de suministro de fluido de proceso 21; una zona de proceso y de intercambio de calor 22; y una zona de extracción de fluido de proceso 23.
La zona de suministro de fluido de proceso 21 está colocada por encima de la placa de tubos superior 12 y está dotada con la entrada 7 para suministrar el fluido de proceso.
La zona de proceso y de intercambio de calor 22 está colocada entre las dos placas de tubos 12, 13 y tiene un conducto de entrada 24 y un conducto de salida 25 para un fluido de calentamiento, que se comunica con el interior del reactor 1 a través de la pared lateral 14 del recipiente 2.
El conducto de entrada 24 está colocado cerca y por encima de la placa de tubos inferior 13, mientras que el conducto de salida 25 está colocado cerca y por debajo de la placa de tubos superior 12.
La zona de extracción de fluido de proceso 23 está situada por debajo la placa de tubos inferior 13 y está dotada con la salida 8 desde la cual el fluido de proceso sale del reactor l.
Los tubos 11 se extienden a través de la zona 22 y se proyectan axialmente desde las placas de tubos 12, 13 en las zonas 21, 23 en los extremos 15, 16 respectivos que están abiertos para permitir el paso del fluido de proceso. Si, como en el ejemplo descrito en la presente memoria, el reactor 1 está destinado al reformado con vapor de hidrocarburos, los tubos 11 se llenan con un catalizador adecuado, por ejemplo un catalizador estándar a base de níquel; los tubos 11 están dotados ventajosamente con elementos de soporte 25, colocados en el interior de los tubos 11 cerca de los extremos 16 respectivos y conformados para soportar el catalizador.
La zona 22 puede albergar opcionalmente deflectores u otros elementos de transporte para guiar al menos parcialmente el fluido de calentamiento a lo largo de caminos preferenciales y mejorar el intercambio de calor entre el fluido de calentamiento y los tubos 11.
Por ejemplo, los tubos 11 están dotados con tubos de funda 27 respectivos colocados alrededor de los tubos 11 respectivos y que definen alrededor de los tubos 11 conductos anulares en donde el fluido de calentamiento pasa a través de ellos.
Los tubos de funda 27 se extienden desde la placa de tubos superior 12 hasta una altura preestablecida por encima del conducto de entrada 24; los tubos de funda 27 están cerrados en la parte superior, cerca de los extremos superiores de los tubos 11 y la placa de tubos 12, y están abiertos en la parte inferior para dejar entrar el fluido de calentamiento.
Los tubos 11 se fijan y opcionalmente se sueldan a la placa de tubos superior 12, por ejemplo, por medio de las pestañas 28 respectivas que sobresalen radialmente de los extremos 15 de los tubos 11 y descansar sobre una cara superior de la placa de tubos 12 en la zona 21.
Los tubos 11 se conectan a al menos una de las placas de tubos 12, 13, por ejemplo, a la placa de tubos inferior 13, por medio de los dispositivos de expansión 30 respectivos, que permiten que los extremos 16 de los tubos 11 se deslicen axialmente con respecto a la placa de tubos 13 para compensar las expansiones térmicas longitudinales de los tubos 11.
En particular, como se muestra con mayor detalle en la figura 2, cada dispositivo 30 comprende un compensador metálico sellado tubular 31 colocado alrededor del extremo 16 del tubo 11 y a lo largo del tubo 11. Cada tubo 11 está dotado con un compensador metálico sellado 31 individual que actúa sobre ese tubo 31 independientemente de los dispositivos 30 y otros tubos 11.
En la realización no limitante mostrada, aunque no necesariamente, el compensador metálico sellado 31 está sustancialmente conformado como un fuelle y se extiende a lo largo y alrededor del eje X del tubo 11 respectivo y tiene una serie axial de ondulaciones, es decir, una serie de partes de cresta anulares y gargantas anulares alternadas unas con otras.
El compensador metálico sellado 31 está hecho de material metálico, preferiblemente material metálico de múltiples capas (es decir, que consiste en una pluralidad capas de material metálico estratificadas y soldadas entre sí).
El compensador metálico sellado 31 está dotado con un par de partes extremas 32, 33 opuestas, colocadas en extremos axialmente opuestos respectivos del compensador metálico sellado 31 y unidos de manera sellante a fluidos respectivamente a la placa de tubos 13 ya un extremo 16 de un tubo 11. En particular, las partes extremas 32, 33 opuestas de cada compensador metálico sellado 31 están selladas respectivamente a la placa de tubos 13 y a un extremo 16 de un tubo 11.
En la realización ilustrada, aunque no necesariamente, la parte extrema 32 está soldada a un elemento de conexión 34 que sobresale de una cara inferior de la placa de tubos 13.
Preferiblemente, las partes extremas 32, 33 están definidas por collares cilíndricos respectivos alrededor del eje X, y montados alrededor y soldados a las superficies de contacto cilíndricas respectivas del elemento de conexión 34, que a su vez está definido por un manguito cilíndrico, y del extremo 16 del tubo 11.
Según un aspecto de la invención, el reactor 1 se usa en un proceso de reformado con vapor de hidrocarburos para producir gas de síntesis.
Por lo tanto, el reactor 1 se suministra con un fluido de proceso que contiene una materia prima de hidrocarburos, tal como gas natural o metano, y vapor.
El fluido de proceso se suministra al reactor 1 a alta temperatura y presión a través de la entrada 7; en la zona 21, el fluido de proceso penetra en los tubos 11, atravesándolos de arriba hacia abajo pasando a través de la zona 22 donde recibe calor del fluido de calentamiento; pasando a través de los tubos 11 el fluido de proceso entra en contacto con el catalizador y se somete a reacciones de reformado formando hidrógeno. Un efluente de reformado sale de los tubos 11, que contienen sustancialmente hidrógeno, vapor, metano y óxidos de carbono, y pasa a través de la zona 23 y luego sale del reactor 1 a través de la salida 8.
El fluido de calentamiento entra en la zona 22 desde el conducto de entrada 24, atraviesa la zona 22 de abajo hacia arriba intercambiando calor con los tubos 11, y de este modo se elimina a través del conducto de salida 25.
Gracias a la característica constructiva particular del reactor 1, se puede integrar ventajosamente en un diseño de proceso donde un reformador con vapor, en el que el calor para las reacciones de reformado que se proporciona por un fluido de calentamiento externo, está asociado con un reformador calentado por gas (GHR), en el que el efluente reformado que sale del reformador se usa en su lugar como fluido de calentamiento para proporcionar calor al fluido de proceso a ser reformado.
En particular, el reactor 1 se usa ventajosamente como reformador calentado por gas en un proceso de reformado con vapor para producir gases de síntesis que aseguran una alta reducción de emisiones de dióxido de carbono, mayores que el 90%, como se describe en detalle de aquí en adelante con referencia al diagrama de la figura 3. En el esquema del proceso ilustrado en la figura 3, una corriente de gas de materia prima de hidrocarburo, tal como gas natural o metano, después de ser tratada previamente, opcionalmente, en una sección de tratamiento previo o de reformado previo 50, se suministra a una primera sección de reformado 51, que comprende un reformador calentado por gas, donde tiene lugar un proceso de reformado con vapor formando un efluente parcialmente reformado, que contiene principalmente hidrógeno (H2), monóxido de carbono (CO), agua (H2O) y metano (CH4) residual.
En el reformador calentado por gas, el calor necesario para las reacciones de reformado se suministra por una fracción del efluente parcialmente reformado que sale del mismo reformador.
El efluente parcialmente reformado que sale de la sección 51 se envía a una segunda sección de reformado con vapor 52 donde, en una cámara radiante situada en el exterior de los tubos catalíticos, se realiza una combustión con aire, tratado previamente, opcionalmente, en una sección de tratamiento previo de aire 53 (en particular, una sección de tratamiento previo de aire, donde se precalienta el aire), para tener una mayor concentración de monóxido de carbono e hidrógeno y una menor concentración de metano residual.
De la sección 52 se obtiene un gas de síntesis que luego se trata: en una sección de desplazamiento y enfriamiento de gas de síntesis 54, donde el monóxido de carbono y el agua presentes en el gas de síntesis reaccionan para dar hidrógeno y dióxido de carbono; en una sección de captura de CO255, donde se elimina el dióxido de carbono del gas de síntesis; y finalmente en una sección de separación 56, que comprende, por ejemplo, una unidad de PSA (adsorción por cambio de presión), para obtener una corriente de gas hidrógeno de alta concentración.
Ventajosamente, la sección de desplazamiento y enfriamiento de gas de síntesis 54 comprende una unidad de desplazamiento de temperatura media y una unidad de desplazamiento de temperatura baja conectadas en serie; o una unidad de desplazamiento que funciona en modo isotérmico de temperatura baja.
Los gases de cola extraídos de la sección de separación 56 se recirculan al reformador de la sección 52 junto con una parte (adaptada para cumplir con la demanda térmica del reformador con vapor) del syngas descarburado que sale de la sección de captura de CO255.
En caso de que se requiera hidrógeno de pureza intermedia (97%-98% de contenido de hidrógeno) en lugar de un hidrógeno de alta pureza, sería posible eliminar la sección de PSA 56.
La invención descrita permite evitar suministrar gas combustible y generar vapor a alta presión en exceso, reduciendo el gas a ser tratado y mejorando la calidad del gas de síntesis saliente y, de este modo, siendo particularmente ventajosa en términos de costes de funcionamiento y requisitos de instalación, además de reducción de emisiones.
Se entiende que se pueden realizar cambios y variantes al proceso descrito e ilustrado en la presente memoria sin apartarse del alcance de las reivindicaciones adjuntas.

Claims (4)

REIVINDICACIONES
1. Un proceso de reformado con vapor para producir gas de síntesis a partir de hidrocarburos, que comprende: - una primera etapa de reformado con vapor, en la que una corriente de gas de materia prima de hidrocarburos, tal como gas natural o metano, opcionalmente tratada previamente, en una sección de tratamiento previo o de reformado previo (50), se suministra a una primera sección de reformado (51) que comprende al menos un primer reformador, donde tienen lugar reacciones de reformado con vapor formando un efluente parcialmente reformado; dicho primer reformador que es un reformador calentado por gas en el que el calor necesario para las reacciones de reformado se proporciona por una fracción del efluente parcialmente reformado que sale de dicho primer reformador calentado por gas y que constituye el fluido de calentamiento para proporcionar calor a la materia prima a ser reformada;
- una segunda etapa de reformado con vapor, en donde el efluente parcialmente reformado que sale de la primera sección de reformado (51) se suministra a una segunda sección de reformado con vapor (52) que comprende al menos un segundo reformador de tubos catalíticos, donde, en una cámara radiante en el exterior de los tubos catalíticos, se realiza una combustión con aire, opcionalmente tratado previamente en una sección de tratamiento previo de aire (53);
en donde:
- el gas de síntesis que sale de la segunda sección de reformado con vapor (52) se envía a: una etapa de desplazamiento y enfriamiento de gas de síntesis en una sección de desplazamiento y enfriamiento de gas de síntesis (54), donde el monóxido de carbono y el agua presentes en el gas de síntesis reaccionan para dar hidrógeno y dióxido de carbono; una etapa de captura de CO2 en una sección de captura de CO2 (55), donde se elimina dióxido de carbono del gas de síntesis; una sección de separación (56), para obtener un flujo de gas hidrógeno de alta concentración;
- la sección de desplazamiento y enfriamiento de gas de síntesis (54) comprende una unidad de desplazamiento de temperatura media y una unidad de desplazamiento de temperatura baja conectadas en serie y que operan a diferentes temperaturas respectivas con enfriamiento intermedio;
- gases de cola extraídos aguas abajo de la sección de captura de CO2 (55) y/o de la sección de separación (56) se recirculan a la segunda sección de reformado con vapor (52).
2. El proceso según la reivindicación 1, en donde la sección de separación (56) comprende una unidad de PSA (adsorción por cambio de presión).
3. El proceso según una de las reivindicaciones anteriores, en donde el primer reformador consiste en un reactor (1) que comprende un recipiente (2) y un haz de tubos (10) compuesto por una pluralidad de tubos de reacción y de intercambio de calor (11), que se extiende en el interior del recipiente (2) a lo largo de ejes longitudinales (X) paralelos respectivos y soportados por una placa de tubos superior (12) y una placa de tubos inferior (13); los tubos (11) que están conectados a al menos una de dichas placas de tubos (12, 13), en particular a la placa de tubos inferior (13), mediante dispositivos de expansión (30) respectivos, configurados para permitir que los respectivos extremos (16) de los tubos (11) se deslicen axialmente con respecto a dicha placa de tubos (13) para compensar las expansiones térmicas longitudinales de los tubos (11); cada dispositivo (30) que comprende un compensador metálico sellado tubular (31) respectivo dispuesto alrededor del extremo (16) de un tubo (11) y a lo largo del tubo (11) y que tiene una pared lateral tubular que se extiende a lo largo y alrededor del eje (X) del tubo (11) respectivo y que tiene una serie axial de ondulaciones, es decir, una serie de partes de cresta anular y gargantas anulares que se alternan unas con otras; el compensador metálico sellado (31) que está hecho de material metálico multicapa, que consiste en una pluralidad de capas de material metálico estratificadas y soldadas entre sí.
4. El proceso según la reivindicación 3, en donde el compensador metálico sellado (31) está dotado con un par de partes extremas (32, 33) opuestas, dispuestas en extremos axialmente opuestos respectivos del compensador metálico sellado (31) y soldadas a la placa de tubos (13) y al extremo (16) del tubo (11) respectivamente y definidas por collares respectivos, cilíndricos alrededor del eje (X) y ajustados alrededor de y soldados a las superficies de contacto cilíndricas respectivas de un elemento de conexión (34) que sobresale de una cara inferior de la placa de tubos (13) y definido por un manguito cilíndrico, y del extremo (16) del tubo (11).
ES20737537T 2019-06-06 2020-06-05 Proceso de reformado con vapor con bajas emisiones de dióxido de carbono Active ES2959816T3 (es)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
IT102019000008280A IT201900008280A1 (it) 2019-06-06 2019-06-06 Reattore, in particolare reattore di reforming con vapore, e suo uso in un processo di reforming con vapore
PCT/IB2020/055320 WO2020245792A1 (en) 2019-06-06 2020-06-05 Process of steam reforming with low carbon dioxide emissions

Publications (1)

Publication Number Publication Date
ES2959816T3 true ES2959816T3 (es) 2024-02-28

Family

ID=68073065

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ES20737537T Active ES2959816T3 (es) 2019-06-06 2020-06-05 Proceso de reformado con vapor con bajas emisiones de dióxido de carbono

Country Status (10)

Country Link
US (1) US20220234019A1 (es)
EP (1) EP3980172B1 (es)
CN (1) CN114599602A (es)
AU (1) AU2020288751A1 (es)
CA (1) CA3142553A1 (es)
ES (1) ES2959816T3 (es)
FI (1) FI3980172T3 (es)
IT (1) IT201900008280A1 (es)
PL (1) PL3980172T3 (es)
WO (1) WO2020245792A1 (es)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
IT202200009989A1 (it) * 2022-05-13 2023-11-13 Wood Italiana S R L Processo e impianto di produzione di idrogeno

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2336879A (en) * 1942-07-10 1943-12-14 Universal Oil Prod Co Reactor
US5567398A (en) * 1990-04-03 1996-10-22 The Standard Oil Company Endothermic reaction apparatus and method
DE69817749T3 (de) * 1997-12-23 2013-07-18 Air Products And Chemicals, Inc. Verwendung von mittels leitenten Mischmembranen hergestelltem Synthesegas
WO2004092060A1 (en) * 2003-04-15 2004-10-28 Shell Internationale Research Maatschappij B.V. Reactor for performing a steam reforming reaction and a process to prepare synthesis gas
JP4477432B2 (ja) * 2004-06-29 2010-06-09 東洋エンジニアリング株式会社 改質器
US8137422B2 (en) * 2009-06-03 2012-03-20 Air Products And Chemicals, Inc. Steam-hydrocarbon reforming with reduced carbon dioxide emissions

Also Published As

Publication number Publication date
CN114599602A (zh) 2022-06-07
EP3980172A1 (en) 2022-04-13
IT201900008280A1 (it) 2020-12-06
PL3980172T3 (pl) 2023-12-11
CA3142553A1 (en) 2020-12-10
US20220234019A1 (en) 2022-07-28
AU2020288751A1 (en) 2022-01-06
WO2020245792A1 (en) 2020-12-10
FI3980172T3 (fi) 2023-10-09
EP3980172B1 (en) 2023-07-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2578622C (en) Catalytic reactor
US7279019B2 (en) Endothermic reaction process and an apparatus therefor
US4925456A (en) Process and apparatus for the production of synthesis gas
US8268024B2 (en) Pre-reformer with extended surface and method
WO2005080259A1 (en) Integrated fuel processor for distributed hydrogen production
EP1899046A1 (en) Compact reforming reactor
CN112585086B (zh) 烃类的蒸汽重整或干重整
US9776861B1 (en) Method of steam methane reforming with a tube and shell reactor having spirally positioned fluid inlets
ES2427927T3 (es) Proceso para realización de reacciones catalíticas no adiabáticas
ES2959816T3 (es) Proceso de reformado con vapor con bajas emisiones de dióxido de carbono
US20180086634A1 (en) Process for preparing a syngas and syngas cooling device
EP4279446B1 (en) Plant and process for producing hydrogen from hydrocarbons
EP4279445B1 (en) Plant and process for producing and separating syngas
EP4105170A1 (en) Process and plant for flexible production of syngas from hydrocarbons
CA2685284C (en) Highly heat integrated fuel processor for hydrogen production
CA3088018C (en) Segregated steam system and process in a hydrogen production facility
CA3231168A1 (en) Burner for synthesis gas with improved cooling
CN116457305A (zh) 用于硝酸生产的氨燃烧器