IT201900008280A1 - Reattore, in particolare reattore di reforming con vapore, e suo uso in un processo di reforming con vapore - Google Patents

Reattore, in particolare reattore di reforming con vapore, e suo uso in un processo di reforming con vapore Download PDF

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Luca Mancuso
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Description

DESCRIZIONE
del brevetto per invenzione industriale dal titolo:
“REATTORE, IN PARTICOLARE REATTORE DI REFORMING CON VAPORE, E SUO USO IN UN PROCESSO DI REFORMING CON VAPORE”
La presente invenzione riguarda un reattore, in particolare un reattore di reforming con vapore, e il suo uso in un processo di reforming con vapore, in particolare per produrre gas di sintesi.
Sono noti reattori, per esempio reattori di reforming con vapore, aventi una configurazione generale a fascio tubiero e mantello (shell and tube design).
Un reattore di questo tipo comprende essenzialmente un involucro che alloggia un fascio di tubi supportati da una coppia di piastre tubiere. Nei tubi transita un fluido di processo che è soggetto a una o più reazioni; ai tubi viene fornito calore attraverso un mezzo di riscaldamento, per esempio attraverso circolazione di un fluido di riscaldamento che lambisce esternamente i tubi nella regione compresa tra le piastre tubiere.
In certi casi, si può avere una significativa espansione termica differenziale tra i tubi e le piastre tubiere che li supportano e delimitano la zona di passaggio del fluido di riscaldamento che fornisce calore ai tubi e, quindi, al fluido di processo.
Una situazione del tipo appena descritto si verifica, per esempio, nei reattori di reforming con vapore dove avviene il reforming di idrocarburi per la produzione di gas di sintesi. Problemi analoghi si riscontrano comunque in altre applicazioni dove si verificano espansioni termiche differenziali significative.
Come noto, il gas di sintesi (syngas) è una miscela di gas formata essenzialmente da idrogeno (H2) e monossido di carbonio (CO) e contenente, in quantità inferiori, metano (CH4), anidride carbonica (CO2), azoto e altri inerti.
Il gas di sintesi è normalmente prodotto tramite una reazione di reforming con vapore di idrocarburi (per esempio metano), condotta in un reattore di reforming (reformer) avente per esempio la configurazione generale sopra descritta.
Il fluido di processo che transita nei tubi è una miscela reagente contenente idrocarburi e vapore e viene inviata a pressione elevata attraverso i tubi, che sono riempiti di catalizzatore e sono riscaldati esternamente da un mezzo di riscaldamento, generalmente un gas caldo che lambisce esternamente i tubi.
I tubi di un reattore di reforming hanno una lunghezza considerevole, tipicamente di parecchi metri, e sono soggetti a significative variazioni di temperatura. Di conseguenza, i tubi sono soggetti, in uso, a significative espansioni termiche in senso longitudinale, tipicamente dell’ordine di diversi centimetri. Essendo i tubi vincolati alle piastre tubiere, la dilatazione termica può causare danni.
Per ovviare al problema, è noto provvedere le estremità dei tubi con dei dispositivi che consentono un’espansione differenziale.
I sistemi noti possono però non essere del tutto soddisfacenti, in particolare potendo risultare complicati, non pienamente efficaci o scarsamente affidabili, relativamente costosi in fase di realizzazione e installazione.
È uno scopo della presente invenzione quello di fornire un reattore, in particolare un reattore di reforming con vapore, che superi gli inconvenienti qui evidenziati della tecnica nota. In particolare, è uno scopo dell’invenzione quello di fornire un reattore che non risenta di dilatazioni termiche anche rilevanti e si presti quindi all’uso in un processo di reforming con vapore, in particolare per produrre gas di sintesi, risultando non solo pienamente efficace e affidabile in uso ma anche semplice e relativamente economico da realizzare e installare.
La presente invenzione è dunque relativa a un reattore, in particolare un reattore di reforming con vapore, e al suo uso in un processo di reforming con vapore, in particolare per produrre gas di sintesi, come definiti in termini essenziali nelle annesse rivendicazioni 1 e, rispettivamente, 6, nonché, per i caratteri addizionali preferiti, nelle rivendicazioni dipendenti.
L’invenzione fornisce così un reattore che, in modo semplice, economico e pienamente efficace, evita i problemi tipicamente connessi con elevate dilatazioni termiche.
Il reattore dell’invenzione è quindi particolarmente adatto all’impiego in tutti i casi dove sono convolte elevate espansioni termiche come, ad esempio, in un processo di reforming con vapore, in particolare per produrre gas di sintesi.
Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione appariranno chiari dalla descrizione che segue di un suo esempio non limitativo di attuazione, con riferimento alle figure annesse in cui:
- la figura 1 è una vista schematica in sezione longitudinale di un reattore, in particolare un reattore di reforming con vapore, in accordo all’invenzione;
- la figura 2 è una vista in scala ingrandita del dettaglio II in figura 1;
- la figura 3 è uno schema a blocchi che illustra un processo di reforming con vapore, in particolare per produrre gas di sintesi, facente uso del reattore di figura 1.
In figura 1 è indicato nel suo assieme con 1 un reattore, in particolare un reattore di reforming (o reformer). Nell’esempio non limitativo qui descritto, ma non necessariamente, il reattore 1 è usato in particolare per il reforming con vapore di idrocarburi per la produzione di gas di sintesi.
Il reattore 1 comprende un involucro 2 esterno estendentesi lungo e attorno a un asse A longitudinale.
L’involucro 2 ha in particolare una porzione 3 centrale sostanzialmente cilindrica e due calotte 4 di estremità assialmente opposte, provviste di rispettivi raccordi 5 definenti un ingresso 7 e un’uscita 8 per un fluido di processo transitante nel reattore 1.
Il reattore 1 comprende poi un fascio tubiero 10 formato da una pluralità di tubi 11 di reazione e scambio termico, che si estendono paralleli uno all’altro e all’asse A all’interno dell’involucro 2 e precisamente della porzione 3 centrale.
I tubi 11 sono supportati da una piastra tubiera 12 superiore e una piastra tubiera 13 inferiore, collocate a rispettive estremità longitudinali opposte della porzione 3 e fissate a una parete 14 laterale dell’involucro 2.
I tubi 11 si estendono lungo rispettivi assi X longitudinali, paralleli all’asse A del reattore 1, tra rispettive estremità 15, 16 longitudinali opposte unite rispettivamente alla piastra tubiera 12 superiore e alla piastra tubiera 13 inferiore.
Le piastre tubiere 12, 13 sono trasversali e sostanzialmente perpendicolari all’asse A e delimitano all’interno del reattore 1: una zona 21 di alimentazione del fluido di processo; una zona 22 di processo e scambio termico; e una zona 23 di prelievo del fluido di processo.
La zona 21 di alimentazione del fluido di processo è collocata al di sopra della piastra tubiera 12 superiore ed è provvista dell’ingresso 7 per l’alimentazione del fluido di processo.
La zona 22 di processo e scambio termico è collocata tra le due piastre tubiere 12, 13 e presenta un condotto di ingresso 24 e un condotto di uscita 25 per un fluido di riscaldamento, comunicanti con l’interno del reattore 1 attraverso la parete 14 laterale dell’involucro 2.
Il condotto di ingresso 24 è collocato in prossimità e al di sopra della piastra tubiera 13 inferiore, mentre il condotto di uscita 25 è collocato in prossimità e al di sotto della piastra tubiera 12 superiore.
La zona 23 di prelievo del fluido di processo è collocata al di sotto della piastra tubiera 13 inferiore ed è provvista dell’uscita 8 da cui il fluido di processo esce dal reattore 1.
I tubi 11 si estendono attraverso la zona 22 e sporgono assialmente dalle piastre tubiere 12, 13 nelle zone 21, 23 alle rispettive estremità 15, 16, che sono aperte per permettere il passaggio del fluido di processo.
Se, come nell’esempio qui descritto, il reattore 1 è destinato al reforming con vapore di idrocarburi, i tubi 11 sono riempiti con un idoneo catalizzatore, per esempio un catalizzatore standard a base di nickel; i tubi 11 sono vantaggiosamente provvisti di elementi di supporto 25, collocati all’interno dei tubi 11 in prossimità delle rispettive estremità 16 e conformati in modo da supportare il catalizzatore.
La zona 22 può opzionalmente alloggiare deflettori o altri elementi di convogliamento per guidare almeno in parte il fluido di riscaldamento lungo percorsi preferenziali e migliorare lo scambio termico tra il fluido di riscaldamento e i tubi 11.
Per esempio, i tubi 11 sono dotati di rispettivi tubi di guaina 27 collocati attorno ai rispettivi tubi 11 e definenti attorno ai tubi 11 dei condotti anulari in cui transita il fluido di riscaldamento.
I tubi di guaina 27 si estendono dalla piastra tubiera 12 superiore fino ad una altezza prestabilita sopra il condotto di ingresso 24; i tubi di guaina 27 sono chiusi superiormente, in prossimità delle estremità superiori dei tubi 11 e della piastra tubiera 12, e sono aperti inferiormente per permettere l’ingresso del fluido di riscaldamento.
I tubi 11 sono fissati e opzionalmente saldati alla piastra tubiera 12 superiore, per esempio tramite rispettive flange 28 che sporgono radialmente dalle estremità 15 dei tubi 11 e si appoggiano su una faccia superiore della piastra tubiera 12 nella zona 21.
I tubi 11 sono collegati ad almeno una delle piastre tubiere 12, 13, per esempio alla piastra tubiera 13 inferiore, tramite rispettivi dispositivi 30 di dilatazione, che permettono all’estremità 16 dei tubi 11 di scorrere assialmente rispetto alla piastra tubiera 13 per compensare dilatazioni termiche longitudinali dei tubi 11.
In particolare, come mostrato in maggior dettaglio nella figura 2, ciascun dispositivo 30 comprende un compensatore metallico a tenuta 31 tubolare collocato attorno all’estremità 16 di un tubo 11 e lungo il tubo 11.
Ciascun tubo 11 è dotato di un proprio compensatore metallico a tenuta 31 individuale che agisce su quel tubo 31 indipendentemente dai dispositivi 30 degli altri tubi 11.
Nella forma di attuazione non limitativa mostrata, ma non necessariamente, il compensatore metallico a tenuta 31 è conformato essenzialmente a soffietto e ha una parete laterale tubolare che si estende lungo e attorno all’asse X del rispettivo tubo 11 e presenta una successione assiale di ondulazioni, ovvero una serie di porzioni di cresta anulari e gole anulari alternate una all’altra.
Il compensatore metallico a tenuta 31 è realizzato in materiale metallico, preferibilmente multistrato (cioè fatto da più strati di materiale metallico sovrapposti e saldati uno all’altro).
Il compensatore metallico a tenuta 31 è provvisto di una coppia di opposte porzioni di estremità 32, 33, collocate a rispettive estremità assialmente opposte del compensatore metallico a tenuta 31 e unite a tenuta di fluido rispettivamente alla piastra tubiera 13 e a una estremità 16 di un tubo 11. In particolare, le opposte porzioni di estremità 32, 33 di ciascun compensatore metallico a tenuta 31 sono saldate rispettivamente alla piastra tubiera 13 e a una estremità 16 di un tubo 11.
Nella forma di attuazione illustrata, ma non necessariamente, la porzione di estremità 32 è saldata a un elemento di collegamento 34 sporgente da una faccia inferiore della piastra tubiera 13.
Preferibilmente, le porzioni di estremità 32, 33 sono definite da rispettivi collari cilindrici attorno all’asse X, calzati attorno e saldati a rispettive superfici di contatto cilindriche dell’elemento di collegamento 34, che è a sua volta definito da un manicotto cilindrico, e dell’estremità 16 del tubo 11.
In accordo a un aspetto dell’invenzione, il reattore 1 è usato in un processo di reforming con vapore di idrocarburi per produrre gas di sintesi.
Il reattore 1 è alimentato quindi con un fluido di processo contenente una materia prima idrocarburica, per esempio gas naturale o metano, e vapore.
Il fluido di processo viene alimentato al reattore 1 a temperatura e pressione elevate attraverso l’ingresso 7; nella zona 21, il fluido di processo penetra nei tubi 11, che percorre dall’alto verso il basso attraversando la zona 22 dove riceve calore dal fluido di riscaldamento; attraversando i tubi 11 il fluido di processo entra in contatto con il catalizzatore ed è soggetto a reazioni di reforming con formazione di idrogeno. Dai tubi 11 esce un effluente di reforming, contenente essenzialmente idrogeno, vapore, metano e ossidi di carbonio, che transita nella zona 23 e poi esce dal reattore 1 attraverso l’uscita 8. Il fluido di riscaldamento entra nella zona 22 dal condotto di ingresso 24, percorre la zona 22 dal basso verso l’alto scambiando calore con i tubi 11, e viene quindi rimosso attraverso il condotto di uscita 25.
Il reattore 1 è vantaggiosamente impiegato in un processo di produzione di gas di sintesi schematicamente illustrato in figura 3.
Grazie alla particolarità costruttiva del reattore 1, esso può essere vantaggiosamente integrato in uno schema di processo che vede associato un reformer con vapore (“Steam Reformer”), in cui il calore per le reazioni di reforming è fornito da un fluido di riscaldamento esterno, e un reformer riscaldato a gas (“Gas Heated Reformer” - GHR), in cui invece l’effluente riformato uscente dal reformer è usato come fluido di riscaldamento per fornire calore al fluido di processo da riformare.
Nello schema di processo illustrato in figura 3, una corrente gassosa di materia prima idrocarburica, per esempio gas naturale o metano, dopo essere stata opzionalmente pre-trattata in una sezione 50 di pretrattamento o pre-reforming, è alimentata a una prima sezione 51 di reforming, comprendente un reformer riscaldato a gas, dove avviene un processo di reforming con vapore con formazione di un effluente parzialmente riformato, contenente principalmente idrogeno (H2), monossido di carbonio (CO), acqua (H2O) e metano (CH4) residuo.
Nel reformer riscaldato a gas, il calore necessario alle reazioni di reforming è fornito da una frazione dell’effluente parzialmente riformato uscente dallo stesso reformer.
L’effluente parzialmente riformato uscente dalla sezione 51 è inviato a una seconda sezione 52 di reforming con vapore dove si effettua una post-combustione con aria, opzionalmente pre-trattata in una sezione 53 di pretrattamento aria (in particolare, una sezione di preriscaldamento aria, dove l’aria viene preriscaldata), per avere una maggiore concentrazione di monossido di carbonio e idrogeno e una minore concentrazione di metano residuo.
Dalla sezione 52 si ottiene un gas di sintesi che viene poi trattato in una sezione 54 di shift e raffreddamento del gas di sintesi, in una sezione 55 di cattura di CO2 e infine in una sezione 56 di separazione, per esempio comprendente un’unità PSA (Pressure swing adsorption), per ottenere un flusso gassoso di idrogeno ad alta concentrazione.
Vantaggiosamente, la sezione 54 di shift e raffreddamento del gas di sintesi comprende una unità di shift a media temperatura e una unità di shift a bassa temperatura collegate in serie.
Gas di coda prelevati a valle della sezione 55 di cattura CO2 e dalla sezione 56 di separazione sono ricircolati al reformer della sezione 52.
La configurazione descritta permette di evitare l’alimentazione di gas combustibile e la generazione di un eccesso di vapore ad alta pressione, riducendo il gas da trattare e migliorando la qualità del gas di sintesi in uscita e risultando così particolarmente vantaggiosa in termini di costi di esercizio e requisiti di installazione, oltre che di riduzione di emissioni.
Resta comunque inteso che possono essere adottate configurazioni differenti.
Resta infine inteso che al reattore e al processo qui descritti ed illustrati possono essere apportate ulteriori modifiche e varianti che non escono dall’ambito delle annesse rivendicazioni.

Claims (10)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Reattore (1), in particolare reattore di reforming, comprendente un involucro (2) e un fascio tubiero (10) formato da una pluralità di tubi (11) di reazione e scambio termico, che si estendono all’interno dell’involucro (2) lungo rispettivi assi (X) longitudinali paralleli e sono supportati da una piastra tubiera (12) superiore e una piastra tubiera (13) inferiore; i tubi (11) essendo collegati ad almeno una di dette piastre tubiere (12, 13), in particolare alla piastra tubiera (13) inferiore, tramite rispettivi dispositivi (30) di dilatazione, configurati in modo da permettere a rispettive estremità (16) dei tubi (11) di scorrere assialmente rispetto a detta piastra tubiera (13) per compensare dilatazioni termiche longitudinali dei tubi (11); ciascun dispositivo (30) comprendendo un rispettivo compensatore metallico a tenuta (31) tubolare collocato attorno all’estremità (16) di un tubo (11) e lungo il tubo (11).
  2. 2. Reattore secondo la rivendicazione 1, in cui il compensatore metallico a tenuta (31) ha una parete laterale tubolare che si estende lungo e attorno all’asse (X) del rispettivo tubo (11) e presenta una successione assiale di ondulazioni, ovvero una serie di porzioni di cresta anulari e gole anulari alternate una all’altra.
  3. 3. Reattore secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui il compensatore metallico a tenuta (31) è realizzato in materiale metallico multistrato, fatto da più strati di materiale metallico sovrapposti e saldati uno all’altro.
  4. 4. Reattore secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui il compensatore metallico a tenuta (31) è provvisto di una coppia di opposte porzioni di estremità (32, 33), collocate a rispettive estremità assialmente opposte del compensatore metallico a tenuta (31) e saldate rispettivamente alla piastra tubiera (13) e all’estremità (16) del tubo (11).
  5. 5. Reattore secondo la rivendicazione 4, in cui le porzioni di estremità (32, 33) sono definite da rispettivi collari, cilindrici attorno all’asse (X) e calzati attorno e saldati a rispettive superfici di contatto cilindriche di un elemento di collegamento (34) sporgente da una faccia inferiore della piastra tubiera (13) e definito da un manicotto cilindrico, e dell’estremità (16) del tubo (11).
  6. 6. Uso del reattore (1) secondo una delle rivendicazioni precedenti in un processo di reforming con vapore di idrocarburi per produrre gas di sintesi.
  7. 7. Uso secondo la rivendicazione 6, in cui il reattore (1) è usato in una combinazione di un primo reformer, che è un reformer con vapore in cui il calore per le reazioni di reforming è fornito da un fluido di riscaldamento esterno; e un secondo reformer, che è un reformer riscaldato a gas (“Gas Heated Reformer”), in cui il fluido di riscaldamento per fornire calore al fluido di processo da riformare è l’effluente riformato uscente dal secondo reformer stesso.
  8. 8. Uso secondo la rivendicazione 6 o 7, in cui il processo comprende le fasi di: alimentare una corrente gassosa di materia prima idrocarburica, per esempio gas naturale o metano, opzionalmente pre-trattata in una sezione (50) di pre-trattamento o pre-reforming, a una prima sezione (51) di reforming, comprendente un reformer riscaldato a gas, dove avvengono reazioni di reforming con vapore con formazione di un effluente parzialmente riformato e dove il calore necessario alle reazioni di reforming è fornito da una frazione dell’effluente parzialmente riformato uscente dallo stesso reformer riscaldato a gas; alimentare l’effluente parzialmente riformato uscente dalla prima sezione (51) di reforming a una seconda sezione (52) di reforming con vapore dove si effettua una post-combustione con aria, opzionalmente pretrattata in una sezione (53) di pre-trattamento aria, per ottenere un gas di sintesi; trattare il gas di sintesi in una o più tra: una sezione (54) di shift e raffreddamento del gas di sintesi, una sezione (55) di cattura di CO2, una sezione (56) di separazione, per esempio comprendente un’unità PSA (Pressure swing adsorption), per ottenere un flusso gassoso di idrogeno ad alta concentrazione.
  9. 9. Uso secondo la rivendicazione 8, in cui la sezione (54) di shift e raffreddamento del gas di sintesi comprende una unità di shift a media temperatura e una unità di shift a bassa temperatura collegate in serie e operanti a rispettive temperature diverse.
  10. 10. Uso secondo la rivendicazione 8 o 9, in cui gas di coda prelevati a valle della sezione (55) di cattura CO(2) e/o dalla sezione (56) di separazione sono ricircolati alla seconda sezione (52) di reforming con vapore.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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IT202200009989A1 (it) * 2022-05-13 2023-11-13 Wood Italiana S R L Processo e impianto di produzione di idrogeno

Citations (4)

* 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
WO1994029013A1 (en) * 1993-06-16 1994-12-22 The Standard Oil Company Endothermic reaction apparatus and method
EP0926097A1 (en) * 1997-12-23 1999-06-30 Air Products And Chemicals, Inc. Utilization of synthesis gas produced by mixed conducting membranes
US7517373B2 (en) * 2004-06-29 2009-04-14 Toyo Engineering Corporation Reformer

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100381353C (zh) * 2003-04-15 2008-04-16 国际壳牌研究有限公司 制备合成气的方法
US8137422B2 (en) * 2009-06-03 2012-03-20 Air Products And Chemicals, Inc. Steam-hydrocarbon reforming with reduced carbon dioxide emissions

Patent Citations (4)

* 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
WO1994029013A1 (en) * 1993-06-16 1994-12-22 The Standard Oil Company Endothermic reaction apparatus and method
EP0926097A1 (en) * 1997-12-23 1999-06-30 Air Products And Chemicals, Inc. Utilization of synthesis gas produced by mixed conducting membranes
US7517373B2 (en) * 2004-06-29 2009-04-14 Toyo Engineering Corporation Reformer

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