MX2007007327A - Proceso y aparato para un sistema de intercambio de calor para gas de sintesis. - Google Patents

Abstract

La presente invención describe un proceso y aparato mejorado para integrar las zonas de transferencia de calor de intercambiadores de calor enrollados en espiral, de placa-aleta, de tubo y de tubo con aletas incrementando así la efectividad general del proceso.

Description

PROCESO Y APARATO PARA U N SISTEMA DE I NTERCAMBIO DE CALOR PARA GAS DE SÍNTESIS ANTECEDENTES DE LA I NVENCIÓN La presente invención se relaciona con un proceso mejorado para enfriar gas de síntesis que lleva hid rógeno vía intercambio de calor y específicamente a un diseño más eficiente de intercambiadores de calor para el enfriamiento de gas de síntesis que lleva hidrógeno. Las corrientes de gas de síntesis que lleva hidrógeno se producen por lo general a partir del reformado de vapor/ hidrocarburos (referido frecuentemente como reformado de vapor/metano) , la gasificación de carbón y procesos parciales de oxidación . Ver, por ejemplo U . S. 4, 1 13,441 (reformado de hidrocarburos con vapor), U . S. 4,352,675 (oxidación parcial de carbón) , U . S. 4, 566,880 (oxidación parcial de carbón), U . S. 4,999,029 ((oxidación parcial de combustibles líquidos y/o sólidos), U . S. 5,856,585 (oxidación parcial de gas natural), U . S. 6,730,285 ((oxidación parcial de alimentación de hidrocarburos) y U . S. 6,749,829 (reformado de gas natural con vapor). Tradicionalmente, las corrientes de producto de gas de síntesis que lleva hidrógeno obtenidas de estos procesos han sido enfriadas en intercambiadores de calor de tubos y envuelta. Ver, por ejemplo, Fix et al. , U . S. 5,246,063, que describe un intercambiador de calor para enfriar gas de síntesis generado a partir de una planta de gasificación de carbón . El intercambiador de calor contiene una pluralidad de tubos de intercambio de calor que están rodeados por una chaqueta. Los tubos se comunican en un extremo con una cámara de entrada de gas y en su otro extremo con una cámara de salida de gas. El gas de síntesis de una planta de gasificación de carbón entra a la cámara de entrada de gas, pasa a través de los tubos y luego entra a la cámara de salida de gas. Mientras pasa a través de los tubos, el gas de síntesis se enfría por agua introducida a la chaqueta. El agua es gasificada a vapor el cual es luego retirado de la chaqueta. Koog et al. , U . S.4, 377, 132, describe otro tipo de intercambiadores de calor de envuelta y tubos para enfriar gas de síntesis. Este enfriador de gas de síntesis tiene dos así llamados "espacios o paredes de agua" concéntricos dentro de una envuelta exterior. Las paredes de agua están formadas cada una de una pluralidad de tubos paralelos unidos entre sí por aletas de conexión para formar una pared impermeable a gas. El agua fluye dentro de los tubos y es gasificada a vapor. El gas de síntesis fluye sobre el exterior de los tubos, primero axialmente y luego a través de la región anular formada entre las dos paredes de agua concéntricas. Decke et al. , U . S. 6,051 , 195, describe un sistema de enfriamiento de gas de síntesis más complicado que comprende un enfriador radiante de gas de síntesis y dos enfriadores convectivos de gas de síntesis, y ambos incluyen una estructura de enfriamiento de agua para proporcionar intercambio de calor vía agua de enfriamiento que fluye en contraflujo. Los intercambiadores de calor de placa-aleta y los intercambiadores de calor de tubo, enrollados en espiral o con aletas externamente, han sido empleados por mucho tiempo para recuperar calor del proceso. Estos intercambiadores se usan frecuentemente para calentar o enfriar una corriente de gas de baja densidad situada sobre el lado externo (frecuentemente con aletas) contra una corriente de densidad más alta con un coeficiente de transferencia de calor más alto dentro de las placas o tubos. La superficie extendida del paso exterior con aletas permite (1 ) una mayor superficie de transferencia de calor que un tubo o una placa descubierta y (2) proporciona una mayor transferencia de calor a una caída de presión correspondientemente menor que la que se experimentaría con tubos o placas descubiertas. Los intercambiadores de calor que tienen más de un fluido circulando a través de pasos de tubo separados son conocidos. La Solicitud de EE. UU . publicada No. 2005/0092472 (dada a Lewis) describe un intercambiador de calor de tipo placa y tubo con aletas o de tubo con aletas en donde un primer fluido de trabajo se hace fluir sobre el exterior de tubos con aletas, y dos o más fluidos de trabajo adicionales se hacen fluir en circuitos separados de tubo dentro del intercambiador de calor. En un Ejemplo, US'472 describe una modalidad en donde el primer fluido de trabajo fluye sobre el lado exterior con aletas y tres fluidos de trabajo ad icionales fluyen dentro de circuitos separados de tubos dentro del intercambiador de calor. El primer fluido de trabajo es una mezcla de N2 y H20. El segundo fluido de trabajo es, por ejemplo, gas natural. El tercer fluido de trabajo es agua y el cuarto fluido de trabajo es también agua. Ver también Misage et al. (U. S. 4,781 ,241 ) que describe un intercambiador de calor para usarse con una planta de energía de celdas de combustible. En el intercambiador, el efluente del reformador pasa sobre el exterior de los tubos. Este último proporciona la circulación de tres diferentes fluidos, es decir, agua, vapor, y combustible de hidrocarburo que se va a precalentar. Ver también U . S. 3,277,958 (Taylor et al.), U . S. 3,294, 161 (Wood), U . S. 4, 546,818 (Nussbaum), U. S. 4,344,482 (Dietzsch) y U. S. 5,419,392 (Maruyama). El proceso de la técnica anterior de enfriar la corriente de gas de síntesis que lleva hidrógeno es el intercambio de calor vía intercambiadores de calor separados e ind ividuales. En cada uno de estos intercambiadores de calor separados, el gas de síntesis es enfriado a la temperatura de salida deseada por intercambio de calor con una sola corriente de proceso, tal como la corriente de alimentación de hidrocarburo, agua de alimentación de caldera, agua desmineralizada, aire ambiental y/o agua de enfriamiento. Esta práctica de enfriar gas de síntesis que lleva hidrógeno en uno o más intercambiadores de calor de tubos y envuelta, y cada intercambiador de calor usa un solo medio de enfriamiento, es relativamente ineficiente. Los cambios recientes en el costo del material de alimentación combinados con la presión económica siempre creciente han creado una demanda de un proceso y un aparato más eficientes y menos costosos para lograr la producción de gas de síntesis, incluyendo proced imientos más eficientes y menos costosos para enfriar gas de síntesis por intercambio de calor.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención proporciona un proceso y un aparato para incrementar la eficiencia del enfriamiento de gas de síntesis que lleva hidrógeno. La presente invención también proporciona, por el uso de tal enfriamiento, un consumo de energía más reducido que en la técnica anterior. La invención busca lograr el enfriamiento de gas de síntesis que lleva hidrógeno a través de integrar múltiples fluidos de proceso en un solo lado de uno o más intercambiadores de calor e integrar las zonas de transferencia de calor de los fluidos múltiples para permitir una transferencia de calor más efectiva. Así, en general, la presente invención proporciona un sistema para una transferencia de calor más eficiente en , por ejemplo, un intercambiador de calor de placa-aletas, placa aletas y tubos o de tubos con aletas para enfriar una corriente de gas, preferentemente una corriente de gas de síntesis que lleva hidrógeno. En una modalidad preferida, la invención proporciona adicionalmente la separación de la fase gaseosa del gas de síntesis de una fase líquida condensada durante el enfriamiento de la corriente de gas de síntesis que lleva hidrógeno. De acuerdo con la invención se proporciona un proceso para recuperar energ ía de una corriente de gas de síntesis que lleva hidrógeno, que comprende: a. proporcionar un primer intercambiador de calor que tiene al menos cuatro circuitos de flujo separados, b. suministrar una primera corriente de gas de síntesis que lleva hidrógeno caliente (por ejemplo, obtenida de un proceso de reformado de vapor/hid rocarburo, un proceso de gasificación de carbón o un proceso de oxidación parcial) a un primer circuito de flujo del primer intercambiador de calor; c. suministrar un primer medio de intercambio de calor frío (por ejemplo, una alimentación de hidrocarburo) a un segundo circuito de flujo del primer intercambiador de calor, con lo cual la corriente de gas de síntesis que lleva hid rógeno caliente se enfría por intercambio de calor indirecto con el primer medio de intercambio de calor frío; d . alimentar un segundo medio de intercambio de calor frío (por ejemplo agua de la caldera) a un tercer circuito de flujo del primer intercambiador de calor con lo cual la corriente de gas de síntesis que lleva hid rógeno caliente se enfría por intercambio de calor indirecto con el segundo medio de intercambio de calor frío. e. alimentar un tercer medio de intercambio de calor frío (por ejemplo agua desmineralizada) a un cuarto circuito de flujo del primer intercambiador de calor con lo cual la corriente de gas de síntesis que lleva hidrógeno caliente se enfría por intercambio de calor ind irecto con el tercer medio de intercambio de calor frío; y f. retirar la corriente de gas de síntesis que lleva hidrógeno del intercambiador de calor. De acuerdo con un aspecto adicional de la invención, el proceso además comprende alimentar un cuarto medio de intercambio de calor frío (por ejemplo agua de enfriamiento) a un quinto circuito de flujo del primer intercambiador de calor con lo cual la corriente de gas de síntesis que lleva hid rógeno caliente se enfría por intercambio de calor indirecto con el cuarto medio de intercambio de calor frío. De acuerdo con el aspecto de un aparato de la invención, se proporciona un aparato de intercambio de calor (tal como un intercambiador de calor de tubo enrolado en espiral, un intercambiador de calor de placa-aleta o un intercambiador de calor de envuelta-tubos) para enfriar un gas de síntesis que lleva hidrógeno, el intercambiador de calor comprende: a. medios para definir al menos cuatro circuitos de flujo separados dentro del intercambiador de calor, con lo cual el primer circuito de flujo está en intercambio de calor indirecto con el segundo circuito de flujo, el tercer circuito de flujo y el cuarto circuito de flujo, b. una primera entrada para introducir gas de síntesis que lleva hidrógeno caliente a los medios que definen el primer circuito del intercambiador de calor, y una primera salida para descargar gas de síntesis que lleva hidrógeno enfriado de los medios que definen el primer circuito del intercambiador de calor; c. una fuente de gas de síntesis que lleva hidrógeno caliente en comunicación fluida con la primera entrada; d. una segunda entrada para introducir un primer medio de intercambio de calor frío a los medios que definen el segundo circuito del intercambiador de calor, y una segunda salida para descargar el primer medio de intercambio de calor de los medios que definen el segundo circuito del intercambiador de calor; e. una fuente del primer medio de intercambio de calor frío (por ejemplo una corriente de hidrocarburo tal como gas natural usado como la alimentación para la fuente de gas de síntesis que lleva hidrógeno caliente tal como un reformador de vapor) en comunicación fluida con la segunda entrada; f. una tercera entrada para introducir un segundo medio de intercambio de calor frío a los medios que definen el tercer circuito del intercambiador de calor, y una tercera salida para descargar el segundo medio de intercambio de calor de los medios que definen el tercer circuito del intercambiador de calor; y g. una fuente de segundo medio de intercambio de calor frío (por ejemplo agua de alimentación de caldera) en comunicación fluida con la tercera entrada; h . una cuarta entrada para introducir un tercer medio de intercambio de calor frío a los medios que definen el cuarto circuito del intercambiador de calor, y una cuarta salida para descargar el tercer medio de intercambio de calor de los medios que definen el cuarto circuito del intercambiador de calor; y i. una fuente de tercer medio de intercambio de calor frío (por ejemplo agua desmineralizada) en comunicación fluida con la cuarta entrada. De acuerdo con un aspecto adicional de la invención, el aparato además comprende: medios para definir un quinto circuito de flujo separado dentro del intercambiador de calor con lo cual el primer circuito de flujo está en intercambio de calor ind irecto con el quinto circuito de flujo, una quinta entrada para introducir un cuarto medio de intercambio de calor frío a los medios que definen el quinto circuito del intercambiador de calor y una quinta salida para descargar el cuarto medio de intercambio de calor frío de los medios que definen el quinto circuito del intercambiador de calor; y una fuente del cuarto medio de intercambio de calor frío en comunicación fluida con la quinta entrada. Además del intercambiador de calor principal descrito arriba el proceso de recuperación de calor y el aparato de intercambio de calor de acuerdo con la invención puede comprender además un segundo intercambiador de calor. Por ejemplo, al menos una porción del gas de síntesis que lleva hidrógeno caliente puede ser retirado del primer intercambiador de calor y sujetado a intercambio de calor (por ejemplo, intercambio de calor con el aire ambiental) en un segundo intercambiador de calor. Al menos una porción del gas de síntesis que lleva hidrógeno enfriado resultante puede entonces ser regresado al primer intercambiador de calor para su enfriamiento adicional por intercambio de calor indirecto. Como se notó arriba, normalmente el intercambiador de calor principal usado en el sistema de enfriamiento general puede ser un intercambiador de calor de tubo enrollado en espiral, un intercambiador de calor de placa-aleta, o un intercambiador de calor de envuelta-tubo. Sin embargo, el intercambiador de calor principal puede ser cualquier intercambiador de calor que proporcione un intercambio de calor indirecto entre al menos un fluido que se va a enfriar y una pluralidad de fluidos separados que van a ser cada uno calentados. Preferentemente, el intercambiador de calor principal es un intercambiador de calor de envuelta-tubo en el cual los tubos son rectos o están entrelazados (por ejemplo un intercambiador de calor de envuelta-tubo enrollado en espiral). Los medios que definen cada uno de los circuitos pueden ser, por ejemplo, un pasaje (tal como el pasaje definido por una envuelta externa que rodea a varias placas que definen los otros circuitos, o el lado de la envuelta de un intercambiador de calor de envuelta y tubo), un solo tubo, o una pluralidad de tubos.

El fluido que se va a enfriar, por ejemplo, el gas de síntesis que lleva hidrógeno caliente, puede sufrir un intercambio de calor indirecto con más de un medio de intercambio de calor al mismo tiempo. Por ejemplo, el gas de síntesis que lleva hidrógeno caliente que fluye en el primer circuito puede sufrir un intercambio de calor ind irecto con agua desmineralizada que fluye a través del segundo circuito mientras simultáneamente sufre un intercambio de calor indirecto con una corriente de alimentación de hidrocarburo que fluye en un circuito separado, por ejemplo, el tercer circuito. Por este procedimiento, circuitos múltiples pueden ser integrados para permitir de forma más efectiva que la curva compuesta de calentamiento de múltiples corrientes de enfriamiento se aproxime térmicamente a la curva de enfriamiento de la corriente de trabajo caliente. Tal procedimiento permite una transferencia de calor más efectiva permitiendo una aproximación más cercana de temperatura entre el gas de síntesis que lleva hidrógeno que se está enfriando y las corrientes múltiples de enfriamiento que se están calentando. De acuerdo con un aspecto adicional de la invención, el primero o principal intercambiador de calor está dividido en al menos una primera sección y una segunda sección . Por ejemplo, en la primera sección, el intercambio de calor indirecto se realiza entre la corriente de gas de síntesis que lleva hidrógeno caliente y el segundo medio de intercambio de calor frío, y entre la corriente de gas de síntesis que lleva hidrógeno caliente y el tercer medio de intercambio de calor frío. Sin embargo, el intercambio de calor indirecto entre la corriente de gas de síntesis que lleva hidrógeno caliente y el primer medio de intercambio de calor frío se realiza, por ejemplo, en ambas, la primera sección y la segunda sección . Adicionalmente, el intercambio de calor entre la corriente de gas de síntesis que lleva hidrógeno caliente y el cuarto medio de intercambio de calor frío se puede realizar también en la segunda sección. Ver, por ejemplo, las Figuras 2 y 4. De acuerdo con una alternativa adicional, toda o una porción de la corriente de gas de síntesis que lleva hidrógeno se retira de la primera sección del primer intercambiador de calor, se sujeta a intercambio de calor en el segundo intercambiador de calor (por ejemplo, un intercambiador externo enfriado por aire) e introducido en un separador de gas/líquido. La porción no condensada de la corriente de gas de síntesis que lleva hidrógeno se retira luego del separador de gas/líquido y se introduce a la segunda sección del primer intercambiador de calor. Como se notó arriba, el proceso puede comprender además realizar un intercambio de calor indirecto entre la corriente de gas de síntesis que lleva hidrógeno caliente y un quinto medio de intercambio de calor frío. Este intercambio de calor adicional no necesita, sin embargo, ser realizado en el mismo intercambiador de calor. Así, el intercambio de calor indirecto entre la corriente de gas de síntesis que lleva hid rógeno caliente y el quinto medio de intercambio de calor frío puede ser realizado en un segundo intercambiador de calor. Alternativamente, el intercambio de calor indirecto entre la corriente de gas de síntesis que lleva hidrógeno caliente y el cuarto medio de intercambio de calor frío puede ser realizado en la segunda sección del primer intercambiador de calor. De acuerdo con un aspecto adicional de la invención, la corriente de gas de síntesis que lleva hidrógeno se retira del primer intercambiador de calor, se sujeta a intercambio de calor en un intercambiador externo enfriado por aire, se introduce en un primer separador de gas/líquido y la porción no condensada de la corriente de gas de síntesis que lleva hidrógeno se retira del primer separador de gas/líquido y se introduce en un segundo intercambiador de calor y luego se suministra a un segundo separador de gas/líquido del cual se retira gas de síntesis que lleva hidrógeno producido enfriado. Aunque puede ser aplicada al enfriamiento de otros gases de proceso, como se menciona arriba, la invención preferentemente está dirigida al enfriamiento de gas de síntesis que lleva hidrógeno. Las fuentes de gas de síntesis que lleva hidrógeno incluyen procesos tales como reformado de vapor/hid rocarburo, gasificación de carbón y procesos parciales de oxidación. Normalmente un gas de síntesis que lleva hidrógeno contiene, por ejemplo, de 35-75 moles% de H2 , de 0-2 moles% de N2, de 2-45 moles% de CO, de 12-40 moles% de C02, de 0-10 moles% de H2S y menos de 3 moles% de hid rocarburos de C2. Los ejemplos de las composiciones de gas de síntesis de diversas fuentes están enlistados en la siguiente Tabla: En general, los procesos de producción de gas de síntesis mencionados arriba proporcionan un gas de síntesis que lleva hidrógeno a una temperatura de, por ejemplo, 250 a 450° C. Para los propósitos de recuperación de hidrógeno o de procesamiento adicional a alimentación para producción de compuestos químicos, es deseable enfriar esta corriente de gas de síntesis que lleva hidrógeno por el proceso/aparato de la invención a una temperatura de, por ejemplo, 30 a 50° C. Los medios de intercambio de calor usados normalmente en la invención incluyen la corriente de alimentación usada en el proceso que genera el gas de síntesis que lleva hidrógeno (por ejemplo una corriente de hidrocarburo), agua de alimentación de caldera, agua desmineralizada, aire ambiental y agua de enfriamiento. Otros medios de intercambio de calor posibles incluyen disolventes, tal como cuando se requiere retirar el dióxido de carbono, y otras corrientes posibles cuando sea necesario para incrementar la eficiencia general del proceso. Las descripciones completas de todas las solicitudes, patentes y publicaciones, citadas arriba y abajo, están incorporadas en la presente como referencia.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Otras varias características y ventajas concomitantes de la presente invención serán apreciadas más completamente cuando la misma llegue a ser mejor comprendida cuando se considere en conjunción con los dibujos anexados, en los cuales los caracteres de referencia similares designan las mismas partes o similares en todas las diversas vistas, y en donde: La Figura 1 es un diagrama de flujo esquemático de la técnica anterior; La Figura 2 es un diagrama de flujo esquemático que ilustra un proceso de poner en práctica una modalidad de la invención ; y Las Figuras 3, 4 y 5 son diagramas de flujo esquemáticas que ilustran variaciones de la modalidad de la Figura 2.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LOS DIBUJOS La Figura 1 es un diagrama de flujo esquemático que ilustra un proceso de la técnica anterior de la configuración de un intercambiador de calor. Como se muestra en la Figura 1 , la corriente 1 de gas de síntesis que lleva hidrógeno entra al intercambiador de calor E-1 en donde se sujeta a un intercambio de calor indirecto con la corriente 20 (por ejemplo, gas natural). La corriente 1 de gas de síntesis que lleva hidrógeno sale del intercambiador de calor E-1 como la corriente 2 que luego sufre un intercambio de calor indirecto en el intercambiador de calor E-2 con la corriente 30 (por ejemplo, agua de alimentación de caldera). Después de esto, la corriente 2 de gas de síntesis que lleva hidrógeno sale del intercambiador de calor E-2 como la corriente 3 y se introduce al intercambiador de calor E-3 en donde se sujeta a un intercambio de calor indirecto contra la corriente 40 (por ejemplo, agua líquida desmineralizada). Con la descarga del intercambiador de calor E-3, la corriente 4 de gas de síntesis que lleva hidrógeno enfriada se suministra a un separador de gas/líquido V-1 del cual se descargan los gases condensados como la corriente 9 de líquido y el gas de síntesis que lleva hidrógeno enfriado se descarga como la corriente 5. La corriente 5 entra luego a AC-1 (por ejemplo, un intercambiador de calor enfriado por aire) en donde la corriente sufre un intercambio de calor indirecto con el aire ambiental. Finalmente, la corriente enfriada por aire (corriente 6) de AC-1 sufre un intercambióle calor indirecto en E-4 contra la corriente 50 (por ejemplo, agua líquida de enfriamiento) antes de ser introducida a un segundo separador de gas/líquido V-2. El gas de síntesis que lleva hidrógeno enfriado se descarga del sistema como la corriente 8.

La Tabla 1 indica los flujos molares, las temperaturas, y las presiones de corrientes típicas asociados con el sistema de la técnica anterior mostrado esquemáticamente en el diagrama de flujo de la Figura 1 , así como también un consumo de energía eléctrica del intercambiador de calor enfriado por aire. Los siguientes ejemplos se proporcionan para ilustrar la invención y no para limitar los conceptos incorporados en la presente. En los ejemplos anteriores y en los siguientes, todas las temperaturas se exponen no corregidas en grados Celsius, a menos que se indique de otra manera; y a menos que se indique de otra manera, todas las partes y porcentajes son por mol.

EJEMPLO 1 : Recipiente Particionado Combinado con Enfriamiento Externo con Aire y Separación Como se ilustra en la Figura 2, una primera corriente de gas de síntesis que lleva hidrógeno entra al intercambiador de calor E-10 como la corriente 1 a 401 ° C (753° F) y 376 psia, y sale del intercambiador de calor E-10 como la corriente 8 a 37° C (98° F) y 369 psia. La velocidad de flujo de la corriente 1 al intercambiador de calor E-10 es de 23, 170 Ib mol/hr, y la velocidad de flujo de la corriente 8 fuera del intercambiador de calor E-10 es de aproximadamente 17,057 Ib mol/hr. El intercambiador de calor E-10 es, por ejemplo, un intercambiador de calor de tipo de tubos con aletas de circuitos múltiples alojado de forma integral en un separador de vapor-líquido y el gas de síntesis que lleva hidrógeno fluye a través del lado de la envuelta. El montaje puede ser horizontal como se indica en la Figura, vertical o en un ángulo como mejor sea de utilidad para el retiro de cualquier fluido condensado en el lado de la envuelta del intercambiador de calor. Durante su paso a través del intercambiador de calor, el gas de síntesis que lleva hidrógeno sufre intercambio de calor con una segunda corriente 20 tal como una corriente de hidrocarburo (por ejemplo gas natural) que se va a usar como una corriente de alimentación para la planta (por ejemplo un reformador de corriente) que genera el gas de síntesis caliente. La corriente 20 entra al intercambiador de calor E-10 a 49° C (120° F) y 512 psia, fluye a través de un circuito definido por tubos de intercambio de calor con aletas, y sale del intercambiador de calor E-10 como la corriente 21 a 380° C (716° F) y 502 psia. Además, la corriente 1 , el gas de síntesis que lleva hidrógeno se sujeta también a intercambio de calor con una tercera corriente 30 (por ejemplo agua de alimentación de caldera) que entra al intercambiador de calor E-10 a 1 08° C (227° F) y 754 psia, fluye a través de un circuito definido por tubos de intercambio de calor con aletas y sale como la corriente 31 a 228° C (443° F) y 724 psia. La corriente 1 también sufre intercambio de calor con una cuarta corriente 40 (por ejemplo agua líquida desmineralizada) que entra al intercambiador de calor E-10 a 23° C (74° F) y 61 psia, fluye a través de un circuito definido por tubos de intercambio de calor con aletas y sale como la corriente 41 a 140° C (284° F) y 57 psia. Finalmente, como se muestra en la Figura 2, la primera corriente también intercambia calor con una quinta corriente 50 (por ejemplo agua líquida de enfriamiento) que entra al intercambiador de calor E-10 a 33° C (92° F) y 55 psia, fluye a través de un circuito definido por tubos de intercambio de calor con aletas y sale como la corriente 51 a 42° C (107° F) y 52 psia. La corriente 1 intercambia calor simultáneamente con las corrientes 40 y 20, luego las corrientes 40 y 30, y finalmente las corrientes 40 y 50. La ventaja de este montaje es lograr una transferencia de calor más efectiva de lo que sería posible con corrientes de fluido lateral de tubos múltiples dispuestas en serie sin entrelazamiento de su conjunto de circuitos. Como se muestra en la modalidad ilustrada en la Figura 2, el intercambiador de calor puede ser particionado. Así, la corriente 1 sufre intercambio de calor con las corrientes 20, 30 y 40, en una primera sección del intercambiador de calor. De la primera sección , el gas de síntesis puede ser entonces suministrado como la corriente 5 a un intercambiador de calor AC-1 enfriado con aire para intercambio de calor con aire ambiental. Después de esto, la corriente 5 puede ser retirada de AC-1 como la corriente 5-A e introducida a un separador de gas/líquido V-1 . Una corriente 6 de gas resultante puede entonces ser retirada de V-1 e introducida de regreso a una segunda sección del intercambiador de calor E-10, en donde puede sufrir intercambio de calor con la corriente 50 y la corriente 40. El gas de síntesis que lleva hidrógeno enfriado resultante puede entonces ser retirado de E-10 como la corriente 8. El material condensado formado en la primera sección, la segunda sección y el separador V-1 puede ser retirado como las corrientes 9, 10 y 10a, respectivamente, combinadas y luego descargadas del sistema. La Tabla 2 enlista composiciones, velocidades de flujo molar, temperaturas, presiones, entalpias y entropías ejemplo para las corrientes de las modalidades ilustradas en la Figura 2. La Tabla 2 también enlista el trabajo del enfriador de aire (en BTU/hr) y el consumo de energía eléctrica (en términos de energ ía de ventilador del enfriador de aire) para el intercambiador de calor AC-1 enfriado con aire. Bajo el diseño de intercambio de calor integrado de la invención, la UA total (la UA es el producto del coeficiente de transferencia de calor y el área de transferencia de calor requerido) requerida se estima que es de 3,506,060 BTU/F-hr. En el sistema de la técnica anterior ilustrado en la Figura 1 , en donde la segunda, tercera, cuarta y quinta corrientes están d ispuestas en serie sin intercambio de calor integrado, la UA total requerida para lograr la misma cantidad de enfriamiento para la corriente de gas de síntesis que lleva hidrógeno descargada (es decir, enfriada de 401 ° C (753° F) y 376 psia a 37° C (98° F) y 369 psia, se estima que es de 4,630,014 BTU/F-hr.

Para corrientes similares que operan en condiciones similares de temperatura, presión y composición química, uno puede asumir que el coeficiente de transferencia de calor es esencialmente constante. Por lo tanto, el diseño del intercambiador de calor integrado de la invención puede lograr la misma temperatura de salida de la corriente de gas de síntesis que lleva hidrógeno deseada con 24.3% menos área de transferencia de calor.

EJEMPLO 2 : Reci piente No Particionado Combi nado con Enfriamiento Externo con Aire y Separación, y Enfriam iento Secundario Externo y Separación Como se ilustra en la Figura 3, una primera corriente de gas de síntesis que lleva hidrógeno entra al intercambiador de calor E-20 como la corriente 1 a 401 ° C (753° F) y 383 psia, y sale del intercambiador de calor E-20 como la corriente 5 a 98° C (208° F) y 382 psia. La velocidad de flujo de la corriente 1 al intercambiador de calor E-20 es de 23, 170 Ib mol/hr, y la velocidad de flujo de la corriente 5 fuera del intercambiador de calor E-20 es de aproximadamente 17,643 Ib mol/hr. El intercambiador de calor E-10 es, por ejemplo, un intercambiador de calor de tipo de tubos con aletas de circuitos múltiples alojado de forma integral en un separador de vapor-líquido y el gas de síntesis que lleva hidrógeno fluye a través del lado de la envuelta. El montaje puede ser horizontal como se indica en la Figura, vertical o en un ángulo como mejor sea de utilidad para el retiro de cualquier fluido condensado en el lado de la envuelta del intercambiador de calor. Dentro del intercambiador de calor E-20, la corriente 1 se sujeta a un intercambio de calor indirecto con una segunda corriente 20 (por ejemplo gas natural) que se introduce al intercambiador de calor E-20 a 49° C (120° F) y 512 psia, fluye a través de un circuito definido por tubos de intercambio de calor con aletas y se descarga del intercambiador de calor E-20 como la corriente 21 a 380° C (716° F) y 502 psia. Durante su pasaje a través del intercambiador de calor E-20, la primera corriente también sufre un intercambio de calor con una tercera corriente 30 (por ejemplo, agua de alimentación de caldera) que entra al intercambiador de calor E-20 a 108° C (227° F) y 754 psia, fluye a través de un circuito definido por tubos de intercambio de calor con aletas y sale como la corriente 31 a 228° C (443° F) y 724 psia. En el intercambiador de calor E-20, la primera corriente también intercambia calor con una cuarta corriente 40 (por ejemplo agua líquida desmineralizada) que se introduce al intercambiador de calor a 23° C (47° F) y 61 psia, fluye a través de un circuito definido por tubos de intercambio de calor con aletas y sale como la corriente 41 a 140° C (284° F) y 57 psia. Como se notó arriba, en la modalidad ilustrada en la Figura 2, se muestra que el intercambiador de calor está particionado. Sin embargo, en la modalidad ilustrada en la Figura 3, el intercambiador de calor no está particionado, pero el gas de síntesis todavía puede se sujetado a enfriamiento externo en un intercambiador enfriado con aire. Como se muestra en la Figura 3, después de sufrir intercambio de calor con las corrientes 20, 30 y 40 y antes de sufrir un intercambio de calor con una corriente 50 (por ejemplo, agua de enfriamiento líquido), la corriente 1 puede ser retirada del intercambiador de calor E-20 como la corriente 5 y sujetada a enfriamiento por intercambio de calor indirecto con aire ambiental en un intercambiador de calor enfriado por aire. Después de esto, la corriente 5 puede ser retirada de AC-1 como la corriente 5A e introducida a un separador de gas/líquido V-1 . La corriente 6 de gas resultante retirada de V-1 no necesita ser reintroducida al intercambiador de calor E-20. en vez de esto, la corriente 6 puede ser introducida a un segundo intercambiador de calor E-4 en donde puede sufrir intercambio de calor con la corriente 50 (por ejemplo, agua de enfriamiento). El gas de síntesis que lleva hidrógeno enfriado puede ser entonces retirado de E-4 como la corriente 7 y suministrado a un segundo separador de gas/líquido V-2. El material condensado líquido se separa de la corriente y el gas de síntesis que lleva hidrógeno enfriado resultante puede ser descargado de V-2 como la corriente 8. La Tabla 3 enlista composiciones, velocidades de flujo molar, temperaturas, presiones, entalpias y entropías ejemplo para las corrientes de las modalidades ilustradas en la Figura 3. La Tabla 3 también enlista el trabajo del enfriador de aire (en BTU/hr) y el consumo de energía eléctrica (en términos de energía de ventilador del enfriador de aire) para el intercambiador de calor AC-1 enfriado con aire. Bajo el diseño de intercambio de calor integrado de la invención, la UA total requerida se estima que es de 2,667,704 BTU/F-hr. En el sistema de la técnica anterior ilustrado en la Figura 1 , en donde la segunda y tercera corrientes están d ispuestas en serie sin intercambio de calor integrado, la UA total requerida para lograr la misma cantidad de enfriamiento para la corriente de gas de síntesis que lleva hidrógeno descargada (es decir, enfriada de 401 ° C (753° F) y 383 psia a 98° C (208° F) y 382 psia, se estima que es de 3,859,477 BTU/F-hr, lo cual es 45% más alto que en el diseño integrado arriba.

EJ EMPLO 3 : Reci piente Particionado con Solo Enfriam iento con Ai re Externo y Separación La Figura 4 ilustra una modalidad con un intercambiador de calor particionado, similar a la modalidad de la Figura 2, excepto que la corriente de gas de síntesis que lleva hidrógeno no se sujeta a intercambio de calor con una cuarta corriente (comparar la corriente 50 en la Figura 2) en la segunda parte del intercambiador de calor. Como se muestra en la Figura 4, una primera corriente de gas de síntesis que lleva hidrógeno entra al intercambiador de calor E-30 como la corriente 1 a 401 ° C (753° F) y 373 psia, y sale del intercambiador de calor E-30 como la corriente 8 a 37° C (98° F) y 366 psia. La velocidad de flujo de la corriente 1 al intercambiador de calor E-30 es de 23, 170 Ib mol/hr, y la velocidad de flujo de la corriente 8 fuera del intercambiador de calor E-30 es de aproximadamente 17,058 Ib mol/hr. El intercambiador de calor E-10 es, por ejemplo, un intercambiador de calor de tipo de tubos con aletas de circuitos múltiples alojado de forma integral en un separador de vapor-líquido y el gas de síntesis que lleva hidrógeno fluye a través del lado de la envuelta. El montaje puede ser horizontal como se indica en la Figura, vertical o en un ángulo como mejor sea de utilidad para el retiro de cualquier fluido condensado en el lado de la envuelta del intercambiador de calor. En una primera sección del intercambiador de calor E-30, la corriente 1 se sujeta inicialmente a un intercambio de calor indirecto con una segunda corriente 20 (por ejemplo, gas natural) que entra al intercambiador de calor E-30 a 49° C (120° F) y 512 psia, fluye a través de un circuito definido por tubos de intercambio de calor con aletas, y sale del intercambiador de calor E-30 como la corriente 21 a 380° C (716° F) y 502 psia. Además, la primera corriente 1 también sufre un intercambio de calor en el intercambiador de calor E-30 con una tercera corriente 30 (por ejemplo agua de alimentación de caldera) que se introduce al intercambiador de calor E-30 a 108° C (227° F) y 754 psia, fluye a través de un circuito definido por tubos de intercambio de calor con aletas y es descargada del intercambiador de calor E-30 como la corriente 31 a 228° C (443° F) y 724 psia. Además, la primera corriente también intercambia calor con una cuarta corriente 40 (por ejemplo agua líquida desmineralizada) que se suministra al intercambiador de calor E-30 y entra a 23° C (74° F) y 61 psia, fluye a través de un circuito definido por tubos de intercambio de calor con aletas y sale como la corriente 41 a 140° C (284° F) y 56 psia. Como se mencionó arriba, en la modalidad ilustrada en la Figura 4, el intercambiador de calor está particionado. Así, después de sufrir un intercambio de calor con las corrientes 20, 30 y 40 y antes de sufrir un intercambio de calor adicional con la corriente 40, la corriente 1 se retira de una primera sección del intercambiador de calor E-30 como la corriente 5 y se sujeta a enfriamiento por intercambio de calor indirecto con aire ambiental en el intercambiador de calor AC-1 enfriado con aire. Después de esto, la corriente 5 se retira de AC-1 como la corriente 5A y se introduce en un separador de gas/líquido V-1 . La corriente 6 de gas resultante retirada de V-1 se introduce luego de regreso a una segunda sección de del intercambiador de calor E-30, en donde sufre un intercambio de calor adicional con la corriente 40. El gas de síntesis que lleva hidrógeno enfriado resultante se retira de E-30 como la corriente 8. La Tabla 4 enlista composiciones, velocidades de flujo molar, temperaturas, presiones, entalpias y entropías ejemplo para las corrientes de las modalidades ilustradas en la Figura 4. La Tabla 4 también enlista el trabajo del enfriador de aire (en BTU/hr) y el consumo de energía eléctrica (en términos de energía de ventilador del enfriador de aire) para el intercambiador de calor AC-1 enfriado con aire. Bajo el diseño de intercambio de calor integrado de la invención , la UA total requerida se estima que es de 5,568,498 BTU/F-hr. En el sistema de la técnica anterior ilustrado en la Figura 1 , en donde la segunda, tercera y cuarta corrientes están dispuestas en serie sin intercambio de calor integrado, la UA total requerida para lograr la misma cantidad de enfriamiento para la corriente de gas de síntesis que lleva hidrógeno descargada (es decir, enfriada de 401 ° C (753° F) y 383 psia a 98° C (208° F) y 382 psia, se estima que es de 3,859,477 BTU/F-hr. En este ejemplo, la necesidad de agua de enfriamiento (corriente 50) se elimina totalmente, reduciendo así el consumo de servicio del proceso.

EJEMPLO 4: Recipiente No Particionado Sin Enfriamiento Externo con Aire y Separación, y Solo con Servicio de Enfriamiento con Ag ua En la modalidad ilustrada en la Figura 5, se utiliza un intercambiador de calor no particionado. Así, la modalidad es similar a la modalidad ilustrada en la Figura 3. Sin embargo, la modalidad de la Figura 5 no emplea un intercambiador de calor AC-1 enfriado con aire externo o un separador de gas/líquido V-1 , ni utiliza un segundo intercambiador de calor E-4 para el intercambio de calor con una corriente 50 (por ejemplo agua líquida de enfriamiento). En la Figura 5, una primera corriente de gas de síntesis que lleva hidrógeno entra al intercambiador de calor E-40 como la corriente 1 a 401 ° C (753° F) y 373 psia, y sale del intercambiador de calor E-40 como la corriente 8 a 37° C (98° F) y 366 psia. La velocidad de flujo de la corriente 1 al intercambiador de calor E-40 es de 23, 170 Ib mol/hr, y la velocidad de flujo de la corriente 8 fuera del intercambiador de calor E-40 es de aproximadamente 17,056 Ib mol/hr. El intercambiador de calor E-10 es, por ejemplo, un intercambiador de calor de tipo de tubos con aletas de circuitos múltiples alojado de forma integral en un separador de vapor-líquido y el gas de síntesis que lleva hidrógeno fluye a través del lado de la envuelta. El montaje puede ser horizontal como se indica en la Figura, vertical o en un ángulo como mejor sea de utilidad para el retiro de cualquier fluido condensado en el lado de la envuelta del intercambiador de calor. En el intercambiador de calor E-40, la primera corriente 1 sufre intercambio de calor con una segunda corriente 20 (por ejemplo gas natural) que se introduce al intercambiador de calor E-40 a 49° C (120° F) y 512 psia, fluye a través de un circuito definido por tubos de intercambio de calor con aletas, y se descarga del intercambiador de calor E-40 como la corriente 21 a 380° C (716° F) y 502 psia. La primera corriente se sujeta también a intercambio de calor con una tercera corriente 30 (por ejemplo agua de alimentación de caldera) que entra al intercambiador de calor E-40 a 108° C (227° F) y 754 psia, fluye a través de un circuito definido por tubos de intercambio de calor con aletas y sale del intercambiador de calor E-40 como la corriente 31 a 228° C (443° F) y 724 psia. Además, la primera corriente también intercambia calor con una cuarta corriente 40 (por ejemplo agua líquida desmineralizada) que se introduce al intercambiador de calor E-40 a 42° C (107° F) y 61 psia, fluye a través de un circuito definido por tubos de intercambio de calor con aletas y se descarga del intercambiador de calor E-40 como la corriente 41 a 140° C (284° F) y 57 psia. Finalmente, la primera corriente también intercambia calor con una quinta corriente 50 (por ejemplo agua líquida de enfriamiento) que se suministra al intercambiador de calor E-40 a 33° C (92° F) y 55 psia, fluye a través de un circuito definido por tubos de intercambio de calor con aletas y s retira del intercambiador de calor E-40 como la corriente 51 a 42° C ( 107° F) y 52 psia. La corriente 8 de gas resultante retirada de E-40 no se introduce a un intercambiador de calor AC-1 enfriado con aire externo o un segundo intercambiador de calor E-4, sino que es descargado del intercambiador de calor E-40 con la corriente 8 de gas de síntesis que lleva hidrógeno enfriada.

La Tabla 5 indica las composiciones, velocidades de flujo molar, temperaturas, presiones, entalpias y entropías de las corrientes de las modalidades ilustradas en la Figura 5. Bajo el diseño de intercambio de calor integrado de la invención, la UA total requerida se estima que es de 3,506,060 BTU/F-hr. En el sistema de la técnica anterior ilustrado en la Figura 1 , en donde la segunda, tercera y cuarta corrientes están dispuestas en serie sin intercambio de calor integrado, la UA total requerida para lograr la misma cantidad de enfriamiento para la corriente de gas de síntesis que lleva hidrógeno descargada (es decir, enfriada de 401 ° C (753° F) y 373 psia a 37° C (98° F) y 366 psia, se estima que es de 3,859,477 BTU/F-hr. Este montaje del diseño del intercambiador de calor integrado de la invención que usa las zonas de transferencia de calor integradas puede lograr la misma temperatura de salida de la corriente de gas de síntesis que lleva hidrógeno deseada con 9.2% menos área de transferencia de calor. Además, en este ejemplo, el costo instalado total del intercambiador de calor enfriado con aire se elimina de la instalación. La siguiente Tabla enlista intervalos típicos para las temperaturas de las corrientes sujetas a intercambio de calor en las modalidades ilustradas en las Figuras 2-5.

Intervalos Típicos de Temperaturas de Corrientes de Intercambio Mientras que la invención ha sido descrita con un cierto grado de particularidad , se manifiesta que se pueden hacer muchos cambios en los detalles de construcción y la disposición de los componentes sin apartarse del espíritu y el alcance de esta descripción. Se entiende que la invención no está limitada a las modalidades expuestas en la presente para propósitos de ejemplificación , sino que está limitada solamente por el alcance de la reivind icación o reivindicaciones anexadas, incluyendo el intervalo completo de equivalencia al cual cada elemento de la misma está autorizado. Los ejemplos precedentes pueden ser repetidos con éxito similar substituyendo los reactivos y/o condiciones de operación descritos genéricamente o específicamente de esta invención por aquellos usados en los ejemplos precedentes. De la descripción anterior, un experto en la técnica puede fácilmente averiguar las características esenciales de esta invención y, sin apartarse del espíritu y el alcance de la misma, puede hacer diversos cambios y modificaciones de la invención para adaptarla a diversos usos y cond iciones.

Tabla 1 -Balance de Material con Consumo de Energía para la Modalidad de la Técnica Anterior de la Figura i 10 U Tabla 2 - Balance de Material con Consumo de Energía para el Caso del Recipiente Particionado 1 5 5A 6 8 9 10 10A 11 20 21 30 31 40 41 50 51 Flujo de Componente Hidrógeno, lbmol/hr 12571.0 12570.3 12570.3 12570.3 12570.3 0.7 0.1 0.2 1.0 132.0 132.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 Nitrógeno, lbmol/hr 46.3 46.3 46.3 46.3 46.3 0.0 0.0 0.0 0.0 39.7 39.7 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 Monóxido de 556.1 556.1 556.1 556.1 556.1 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 Carbono, lbmol/hr Dióxido de Carbono, 2783.0 2781.3 2781.3 2781.3 2777.5 1.7 3.0 0.8 5.5 74.9 74.9 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 lbmol/hr Agua, lbmol/hr 6147.6 3080.9 3080.9 1890.8 41.3 3066.8 1849.5 1190.0 6106.3 0.0 0.0 21500.0 21500.0 17660.0 17660.0 7827.0 7827.0 Metano, lbmol/hr 1065.9 1065.9 1065.9 1065.9 1065.9 0.0 0.0 0.0 0.0 4131.3 4131.3 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 Etano, lbmol/hr 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 55.3 55.3 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 Propano, lbmol/hr 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 17.4 17.4 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 i-Butano, lbmol/hr 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 1.8 1.8 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 n-Butano, lbmol/hr 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 2.2 2.2 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 Total, lbmol/hr 23170.0 20100.8 20100.8 18909.7 17057.1 3069.2 1852.6 1191.0 6112.9 4454.6 4454.6 21500.0 21500.0 17660.0 17660.0 7827.0 7827.0 Temperatura, °F 753 290 263 263 98 290 112 263 232 120 716 227 443 74 284 92 107 Presión, psia 376 376 370 370 369 376 369 370 369 512 502 754 724 61 57 55 52 Entalpia, BTU/lbmol 45136 40789 -41993 41993 -31263 -118664 -122111 -119207 -119814 -33291 -26559 -119865 115511 -122756 -118799 -122422 -122144 Entropía, BTU/lbmol- 37.2 32.1 30.5 31.3 28.0 19.1 14.0 18.4 16.8 37.4 45.2 17.4 22.9 12.7 19.0 13.3 13.8 °F Trabajo de Enfriador 24,488,016 deAire, BTU/hr Energía de Ventilador 17.0 del Enfriador de Aire, kW Temperatura, 90 Ambiente °F Tabla 3 - Balance de Material con Consumo de Energía para la Modalidad Alterna que Emplea Enfriamiento Externo y Separación Corriente Number 1 5 5A 6 7 8 9 9A 10 11 20 21 30 31 40 41 50 51 Flujo de Componente Hidrógeno, lbmol/hr 12571.0 12569.9 12569.9 12569.9 12569.9 12569.9 1.0 0.0 0.0 1.1 132.0 132.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 Nitrógeno, lbmol/hr 46.3 46.3 46.3 46.3 46.3 46.3 0.0 0.0 0.0 0.0 39.7 39.7 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 Monóxido de 556.1 556.1 556.1 556.1 556.1 556.1 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 Carbono, lbmol/hr Dióxido de Carbono, 2783.0 2779.1 2779.1 2778.2 2778.2 2778.2 3.9 0.8 0.1 4.8 74.9 74.9 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 lbmol/hr Agua, lbmol/hr 6147.6 625.1 625.1 76.9 76.9 41.6 5522.5 548.2 35.3 6106.0 0.0 0.0 21500.0 21500.0 17660.0 17660.0 12394.3 12394.3 Metano, lbmol/hr 1065.9 1065.9 1065.9 1065.9 1065.9 1065.9 0.0 0.0 0.0 0.0 4131.3 4131.3 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 Etano, lbmol/hr 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 55.3 55.3 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 Propano, lbmol/hr 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 17.4 17.4 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 i-Butano, lbmol/hr 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 1.8 1.8 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 n-Butano, lbmol/hr 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 2.2 2.2 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 10 Total, lbmol/hr 23170.0 17642.5 17642.5 17093.4 17093.4 17058.1 5527.5 549.0 35.4 6111.9 4454.6 4454.6 21500.0 21500.0 17660.0 17660.0 12394.3 12394.3 Temperatura, F 753 208 120 120 98 98 255 120 98 204 120 716 227 443 74 284 92 107 Presión, psia 383 382 376 376 366 366 382 376 366 366 512 502 754 724 61 57 55 45 Entalpia, BTU/lbmol -45136 -32850 -34079 -31257 -31458 -31270 -119363 -121954 -122380 -120331 -33291 -26559 -119865 115511 -122756 -118799 -122422 -122144 Entropía, 37.1 29.8 27.9 28.3 28.0 28.0 18.2 14.3 13.6 16.8 37.4 45.2 17.4 22.9 12.7 19.0 13.3 13.8 BTU/lbmol-°F Trabajo de Enfriador 21,975,1 15 deAire, BTU/hr 31 Energía de 39.0 Ventilador del Enfriador de Aire, kW Temperatura 90 Ambiente, °? u Tabla 4 - Balance de Material con Consumo de Energía para la Modalidad Alterna que Emplea Solo Servicio de Enfriamiento Externo 5 15 2U Tabla 5 - Balance de Material con Consumo de Energía para la Modalidad Alterna que Emplea Solo Servicio de Enfriamiento Agua Corriente Number 1 8 9 10 11 20 21 30 31 40 41 50 51 Flujo de Componente Hidrógeno, Ibmol/hr 12571.0 12570.2 0.7 0.8 0.8 132 132 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 Nitrógeno, Ibmol/hr 46.3 46.3 0.0 0.0 0.0 39.7 39.7 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 Monóxido de Carbono, Ibmol/hr 556.1 556.1 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 Dióxido de Carbono, Ibmol/hr 2783.0 2775.7 1.7 7.3 7.3 74.9 74.9 0.8 0.8 0.0 0.0 0.0 0.0 Agua, Ibmol/hr 6147.6 41.6 3061.7 6106.0 6106.0 0.0 0.0 21500.0 21500.0 17660.0 17660.0 148689.6 148689.6 Metano, Ibmol/hr 1065.9 1065.9 0.0 0.0 0.0 4131.3 4131.3 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 Etano, Ibmol/hr 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 55.3 55.3 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 Propano, Ibmol/hr 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 17.4 17.4 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 i-Butano, Ibmol/hr 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 1.8 1.8 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 n-Butano, Ibmol/hr 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 2.2 2.2 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 Total, Ibmol/hr 23170.0 17055.9 3064.1 6114.1 6114.1 4454.6 4454.6 21500.0 21500.0 17660.0 17660.0 148689.6 148689.6 10 Temperatura, F 753 98 290 204 204 120 716 227 443 107 284 92 107 Presión, psia 373 366 367 366 366 512 502 754 724 61 57 55 52 Entalpia, BTU/lbmol -45135 -31249 -118672 -120355 -120355 -33291 -26559 -119865 -115511 -122144 -118799 -122422 -122144 Entropía, BTU/lbmol-°F 37.2 28.0 19.1 16.8 16.8 37.4 45.2 17.4 22.9 13.8 19.0 13.3 13.8 Trabajo de Enfriador 0 de Aire, BTU/hr Energía de Ventilador del Enfriador de 0 Aire, kW 15 Temperatura Ambiente, °F 90 2 (J

Claims (25)

1. REIVINDICACIONES 1 . Proceso para recuperar energía de una corriente de gas de síntesis que lleva hidrógeno, que comprende: a. proporcionar un primer intercambiador de calor que tiene al menos cuatro circuitos de flujo separados, b. suministrar una primera corriente de gas de síntesis que lleva hid rógeno caliente (por ejemplo, obtenida de un proceso de reformado de vapor/hid rocarburo, un proceso de gasificación de carbón o un proceso de oxidación parcial) a un primer circuito de flujo del primer intercambiador de calor; c. suministrar un primer medio de intercambio de calor frío (por ejemplo, una alimentación de hidrocarburo) a un segundo circuito de flujo del primer intercambiador de calor, con lo cual la corriente de gas de síntesis que lleva hidrógeno caliente se enfría por intercambio de calor indirecto con el primer medio de intercambio de calor frío; d. alimentar un segundo medio de intercambio de calor frío (por ejemplo agua de la caldera) a un tercer circuito de flujo del primer intercambiador de calor con lo cual la corriente de gas de síntesis que lleva hidrógeno caliente se enfría por intercambio de calor indirecto con el segundo medio de intercambio de calor frío, e. alimentar un tercer medio de intercambio de calor frío (por ejemplo agua desmineralizada) a un cuarto circuito de flujo del primer intercambiador de calor con lo cual la corriente de gas de síntesis que lleva hidrógeno caliente se enfría por intercambio de calor indirecto con el tercer medio de intercambio de calor frío; y f. retirar la corriente de gas de síntesis que lleva hidrógeno del intercambiador de calor.
2. 2. Proceso según la reivindicación 1 , en donde la primera corriente de gas de síntesis que lleva hidrógeno caliente se obtiene de un proceso de reformado de vapor/hid rocarburo, un proceso de gasificación de carbón o un proceso de oxidación parcial .
3. 3. Proceso según la reivindicación 2, en donde el primer medio de intercambio de calor frío es una corriente de alimentación de hidrocarburo para el proceso de reformado de vapor/hid rocarburo o un proceso de oxidación parcial.
4. 4. Proceso según la reivindicación 1 , en donde el primer medio de intercambio de calor frío es una corriente de alimentación de hidrocarburo, el segundo medio de intercambio de calor frío es una corriente de agua de caldera y el tercer medio de intercambio de calor frío es una corriente de agua desmineralizada.
5. 5. Proceso según la reivindicación 1 , en donde además comprende alimentar un cuarto medio de intercambio de calor frío a un quinto circuito de flujo del primer intercambiador de calor con lo cual la corriente de gas de síntesis que lleva hid rógeno caliente se enfría por intercambio de calor indirecto con el cuarto medio de intercambio de calor frío.
6. 6. Proceso según la reivindicación 1 , en donde además comprende: retirar al menos una porción del gas de síntesis que lleva hid rógeno caliente del intercambiador de calor, sujetar el gas de síntesis que lleva hidrógeno caliente retirado del intercambiador de calor a intercambio de calor en un segundo intercambiador de calor, y regresar al menos una porción del gas de síntesis que lleva hidrógeno enfriado resultante al primer intercambiador de calor para su enfriamiento adicional por intercambio de calor indirecto.
7. 7. Proceso según la reivindicación 1 , en donde el intercambiador de calor es un intercambiador de calor de tubo enrollado en espiral.
8. 8. Proceso según la reivindicación 1 , en donde el intercambiador de calor es un intercambiador de calor de placa-aleta.
9. 9. Proceso según la reivindicación 1 , en donde el intercambiador de calor es un intercambiador de calor de envuelta-tubo.
10. 10. Proceso según la reivindicación 1 , en donde el gas de síntesis que lleva hidrógeno caliente puede sufrir un intercambio de calor indirecto con más de un medio de intercambio de calor al mismo tiempo.
11. 1 1 . Proceso según la reivindicación 1 , en donde el intercambiador de calor está dividido en al menos una primera sección y una segunda sección .
12. 12. Proceso según la reivindicación 1 1 , en donde en la primera sección, el intercambio de calor indirecto se realiza entre la corriente de gas de síntesis que lleva hidrógeno caliente y el segundo medio de intercambio de calor frío, y entre la corriente de gas de síntesis que lleva hid rógeno caliente y el tercer medio de intercambio de calor frío.
13. 1 3. Proceso según la reivindicación 1 1 , en donde el intercambio de calor indirecto entre la corriente de gas de síntesis que lleva hidrógeno caliente y el primer medio de intercambio de calor frío se realiza, por ejemplo, en ambas, la primera sección y la segunda sección.
14. 14. Proceso según la reivindicación 12, en donde el intercambio de calor indirecto entre la corriente de gas de síntesis que lleva hidrógeno caliente y el primer medio de intercambio de calor frío se realiza, por ejemplo, en ambas, la primera sección y la segunda sección.
15. 15. Proceso según la reivindicación 13, en donde el intercambio de calor entre la corriente de gas de síntesis que lleva hidrógeno caliente y el cuarto medio de intercambio de calor frío se realiza en la segunda sección.
16. 16. Proceso según la reivindicación 14, en donde el intercambio de calor entre la corriente de gas de síntesis que lleva hidrógeno caliente y el cuarto medio de intercambio de calor frío se realiza en la segunda sección.
17. 17. Proceso según la reivindicación 1 1 , en donde además comprende: retirar toda o una porción de la corriente de gas de síntesis que lleva hidrógeno de la primera sección del intercambiador de calor, sujetar el gas de síntesis que lleva hidrógeno retirado de la primera sección a intercambio de calor en el segundo intercambiador de calor, retirar el gas de síntesis que lleva hid rógeno del segundo intercambiador de calor e introducirlo en un separador de gas/líquido, y retirar la corriente de gas de síntesis que lleva hidrógeno no condensada del separador de gas/líquido e introducirla a la segunda sección del intercambiador de calor.
18. 18. Proceso según la reivindicación 1 1 , en donde además comprende: retirar toda o una porción de la corriente de gas de síntesis que lleva hidrógeno de la primera sección del intercambiador de calor, sujetar el gas de síntesis que lleva hidrógeno retirado de la primera sección a intercambio de calor en el segundo intercambiador de calor, retirar el gas de síntesis que lleva hidrógeno del segundo intercambiador de calor e introducirlo en un separador de gas/líquido, y retirar la corriente de gas de síntesis que lleva hidrógeno no condensada del separador de gas/líquido e introducirla en un tercer intercambiador de calor, retirar el gas de síntesis que lleva hidrógeno del tercer intercambiador de calor e introducirlo en un segundo separador de gas/líquido, del cual se retira gas de síntesis que lleva hidrógeno producido enfriado.
19. 19. Proceso según la reivind icación 1 , en donde el gas de síntesis que lleva hidrógeno contiene de 35-75 moles% de H2, de 0-2 moles% de N2, de 2-45 moles% de CO, de 12-40 moles% de CO2 , de 0-10 moles% de H2S y menos de 3 moles% de hidrocarburos de C2.
20. 20. Proceso según la reivindicación 1 , en donde el gas de síntesis que lleva hidrógeno contiene hasta 1 1 moles% de metano.
21. 21 . Proceso según la reivindicación 1 , en donde el gas de síntesis que lleva hid rógeno contiene hasta 10 moles% de sulfuro de hidrógeno.
22. 22. Proceso según la reivindicación 1 , en donde el gas de síntesis que lleva hidrógeno se enfría desde una temperatura de 250 a 450° C a una temperatura desde 30 a 50° C.
23. 23. Proceso según la reivind icación 4, en donde el primer medio de intercambio de calor frío es una corriente de alimentación de hidrocarburo que se calienta desde una temperatura de 10 a 49° C, la corriente de agua de caldera se introduce a una temperatura de 10° C y la corriente de agua desmineralizada se calienta desde una temperatura de 1 0 a 60° C.
24. 24. Aparato intercambiador de calor que comprende: a. medios para definir al menos cuatro circuitos de flujo separados dentro del intercambiador de calor, con lo cual el primer circuito de flujo está en intercambio de calor indirecto con el segundo circuito de flujo, el tercer circuito de flujo y el cuarto circuito de flujo, b. una primera entrada para introducir gas de síntesis que lleva hidrógeno caliente a los medios que definen el primer circuito del intercambiador de calor, y una primera salida para descargar gas de síntesis que lleva hidrógeno enfriado de los medios que definen el primer circuito del intercambiador de calor; c. una fuente de gas de síntesis que lleva hidrógeno caliente en comunicación fluida con la primera entrada; d . una segunda entrada para introducir un primer medio de intercambio de calor frío a los medios que definen el segundo circuito del intercambiador de calor, y una segunda salida para descargar el primer medio de intercambio de calor de los medios que definen el segundo circuito del intercambiador de calor; e. una fuente del primer medio de intercambio de calor frío en comunicación fluida con la segunda entrada; f. una tercera entrada para introducir un segundo medio de intercambio de calor frío a los medios que definen el tercer circuito del intercambiador de calor, y una tercera salida para descargar el segundo medio de intercambio de calor de los medios que definen el tercer circuito del intercambiador de calor; y g. una fuente de segundo medio de intercambio de calor frío (por ejemplo agua de alimentación de caldera) en comunicación fluida con la tercera entrada; h. una cuarta entrada para introducir un tercer medio de intercambio de calor frío a los medios que definen el cuarto circuito del intercambiador de calor, y una cuarta salida para descargar el tercer medio de intercambio de calor de los medios que definen el cuarto circuito del intercambiador de calor; y i. una fuente de tercer medio de intercambio de calor frío en comunicación fluida con la cuarta entrada.
25. 25. Aparato intercambiador de calor según la reivindicación 24, en donde además comprende: medios para definir un quinto circuito de flujo separado dentro del intercambiador de calor con lo cual el primer circuito de flujo está en intercambio de calor indirecto con el quinto circuito de flujo, una quinta entrada para introducir un cuarto medio de intercambio de calor frío a los medios que definen el quinto circuito del intercambiador de calor y una quinta salida para descargar el cuarto medio de intercambio de calor frío de los medios que definen el quinto circuito del intercambiador de calor; y una fuente del cuarto medio de intercambio de calor frío en comunicación fluida con la quinta entrada.