MX2011000820A - Proceso de baja energia para la produccion de amoniaco o metanol. - Google Patents

Proceso de baja energia para la produccion de amoniaco o metanol.

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Abstract

Proceso para la utilización de calor de gas de síntesis para la generación de vapor supercrítico en en una planta de amoniaco o metanol de baja energía que comprende una etapa de reformado u oxidación parcial (1), por lo menos un generador de vapor supercrítico (3) con un lado de la cubierta y un lado del tubo, por lo menos un sobrecalentador (14), por lo menos una turbina de contrapresión (17), por lo menos una turbina de extracción y de condensación (23), por lo menos una bomba de agua de alimentación de la caldera (7). El gas de síntesis sintetizado (2) se envía al lado de la cubierta del generador de vapor supercrítico (3), el generador de vapor supercrítico (3) se alimenta con agua de alimentación presurizada (4), el flujo de agua de alimentación se ajusta para mantener la temperatura del vapor en el salida del generador de vapor supercrítico en la escala de 375-500°C (13), el vapor supercrítico se genera en el generador de vapor supercrítico a una presión de 225-450 bar, el vapor supercrítico (13) se calienta además en un sobrecalentador (14) a una temperatura de 500-750°C, y el vapor supercrítico generado en el sobrecalentador se alimenta a una turbina de contrapresión (17).

Description

PROCESO DE BAJA ENERGÍA PARA LA PRODUCCIÓN DE AMONIACO O METANOL MEMORIA DESCRIPTIVA La invención se refiere a un proceso para utilizar el calor de gas de síntesis para la generación de vapor supercrítico en una planta de amoniaco o metanol de baja energía y al aparato adecuado para operar ese proceso, logrando ahorros de energía y ventajas globales de costos, es decir, una mejor economía del proceso. En particular, la invención integra un método para la generación de vapor supercrítico en una manera que evitará la corrosión por pulverización de metal en los tubos del generador de vapor. La temperatura del vapor supercrítico se está controlado y se mantiene constante por el ajuste del flujo del agua de alimentación al generador de vapor supercrítico.
Los gases de síntesis contienen diferentes cantidades de monóxido de carbono, dióxido de carbono e hidrógeno. Se generan ya sea fuera de la hulla, el aceite pesado o cargas de alimentación similares por gasificación o por reformado de vapor de combustibles de hidrocarburo tal como el gas natural o nafta. Los gases de síntesis se utilizan por ejemplo como intermediarios para la producción de metanol o amoniaco en la industria.
La producción de gas de síntesis se puede realizar de varias maneras utilizando los dos pasos básicos de oxidación parcial y de reformado de vapor ya sea por separado o en secuencia. El método más ampliamente utilizado es la combinación de la reacción de reformado de vapor endotérmico en un reformador primario seguido por la oxidación parcial exotérmica más de nueva cuenta un paso de reacción de reformado endotérmico en un reformador secundario. Además, se han propuesto esquemas del proceso derivando el paso de reformado endotérmico. Los pasos de reformado se llevan a cabo sobre catalizadores especiales. Además, son opciones viables el reformado de vapor completamente endotérmico sin un paso de reformado secundario como también un reformado completamente autotérmico, es decir, la oxidación parcial exotérmica más un paso de reacción de reformado endotérmico en un recipiente similar a un reformador secundario. Todos estos esquemas de producción de gas de síntesis se pueden combinar con un prerreformador adiabático como el primer paso para convertir hidrocarburos superiores en la alimentación para CH4, H2, CO y C02 y evitar así la formación de hollín en el catalizador. Además, se pueden utilizar los reactores de oxidación parcial (POX-) así denominados sin catalizadores. El uso de los reactores que contienen las membranas de transporte de oxígeno combinan la producción de oxígeno y gas de síntesis en un recipiente, eliminando así la generación de oxígeno separado y por lo tanto ahorrando costos de inversión y de operación como se describe en DE102004049076A1.
El consumo de energía de las plantas de amoniaco y metanol es bastante alto debido a las necesidades de energía de la reacción de reformado para generar el gas de síntesis y la energía de compresión necesaria para la síntesis de amoniaco o metanol a presiones elevadas. El calor residual de la sección de reformado en plantas de amoniaco o metanol se utiliza para generar vapor que se utiliza en las turbinas de las unidades del compresor de acuerdo con el ciclo de Clausius-Rankine. Los sistemas de vapor convencionales generalmente emplean las siguientes tres piezas costosas del equipo en esta sección: una caldera con la presión del ciclo de vapor más alta en el lado de la cubierta y un tambor de vapor más un sobrecalentador de vapor. Debido a la insuficiente resistencia a la corrosión por pulverización de metal de todos los materiales conocidos, el sobrecalentamiento completo del vapor no es posible en la línea de gas del proceso. Por lo tanto, al menos un sobrecalentador adicional que utiliza el calor del gas de combustión, ya sea de una sección del gas residual del reformador o un calentador encendido tiene que ser colocado en la línea de vapor para lograr eficiencia termodinámica razonable.
Además de utilizar el calor de la sección de reformado también se utilizan otras fuentes de calor del proceso para el precalentamiento de varios procesos y corrientes de utilidad, por la presente, el estado de la tecnología de la técnica ya realiza un grado muy alto de integración de calor en las plantas de amoniaco o metanol haciendo las mejoras adicionales importantes una tarea desafiante. Sin embargo, en tiempos de crecientes precios de la energía es muy importante aumentar aún más la eficiencia de dicho proceso a un grado óptimo.
La utilización de parámetros de vapor más altos como se utiliza en las plantas de energía llevaría a dicha mejora de acuerdo con la ley de Carnot. Sin embargo, el diseño del sistema de vapor para procesos de gas de síntesis es muy diferente de una planta de energía y las fuentes de calor para obtención vapor y sobrecalentamiento también son diferentes. Cuando se calienta un generador de vapor o sobrecalentador con gas del proceso con un alto contenido de CO como en el gas de síntesis, la cuestión fundamental es evitar la corrosión por pulverización de metal. En plantas de gas de síntesis convencionales la caldera se opera a una temperatura de evaporación en el régimen de dos fases debajo de la temperatura crítica del agua. El enfriamiento eficiente de los tubos bajo esta condición de operación mantiene las temperaturas de la pared del tubo a niveles bajos, evitando así la corrosión por pulverización de metal. Este asunto obviamente no es importante para calderas encendidas en las plantas de energía con bajas presiones parciales de CO en los gases de combustión.
La práctica común en plantas modernas de amoniaco o metanol es que cada compresor es accionado por su propia turbina de vapor de cubierta individual. Las turbinas están diseñadas específicamente para funcionar a una velocidad relativamente alta, eliminando así la necesidad de cajas de engranajes, al menos para las cubiertas de baja presión de los compresores. Ya que las salidas mecánicas de las turbinas tienen que coincidir con las demandas de energía de los compresores individuales, también se especifican de este modo sus consumos respectivos de vapor.
Los sistemas de vapor además tienen que proporcionar vapor del proceso a los reformadores a niveles de presión adecuados. Estos niveles de presión normalmente medios se fijan por medio de las presiones de operación de las secciones respectivas de preparación de gas de síntesis. Para proporcionar las cantidades de vapor necesarias, por lo general se extrae el vapor de las turbinas más grandes a los niveles de presión respectivos. Estas capacidades de extracción complican el diseño de la turbina e implica máquinas comparativamente costosas en plantas comunes.
El objetivo de la invención por lo tanto es proporcionar un proceso que ahorre energía y sea efectivo en cuanto a costo y que integre un método para la generación de vapor supercrítico de temperatura y presión óptimas, permitiendo evitar los problemas de corrosión por pulverización de metal de los tubos del generador de vapor como se describe anteriormente. También es un objetivo de la invención proporcionar el aparato adecuado para la operación de dicho proceso.
Esto se logra por medio de un proceso para utilizar el calor del gas de síntesis para la generación de vapor supercrítico en una planta de amoniaco o metanol de baja energía que comprende una etapa de oxidación parcial o reformado, por lo menos un generador de vapor supercrítico, por lo menos un sobrecaientador, por lo menos una turbina de contrapresión, por lo menos una turbina de extracción y de condensación, y por lo menos una bomba de agua de alimentación de la caldera. En este proceso el gas de síntesis se sintetiza en la etapa de oxidación parcial o reformado y se utiliza un generador de vapor supercrítico para recuperación de calor. En este proceso, el gas de síntesis sintetizado se envía al lado de la cubierta del generador de vapor supercrítico, el generador de vapor supercrítico se alimenta con agua de alimentación presurizada, el flujo de agua de alimentación se ajusta para mantener la temperatura del vapor en la salida del generador de vapor supercrítico en la escala de 375-500°C para evitar la aparición de la corrosión por pulverización de metal, el valor de temperatura exacto depende de la composición del gas del proceso y el diseño del generador de vapor, el vapor supercrítico se genera en el generador de vapor supercrítico a una presión de 225-450 bar , el vapor supercrítico se calienta además en un sobrecalentador a una temperatura de 500-750°C, y el vapor supercrítico que sale del sobrecalentador se alimenta de regreso a una turbina de contrapresión.
Opcionalmente, la etapa de oxidación parcial o reformado en donde se produce el gas de síntesis se selecciona de un grupo que comprende un reformador primario, una combinación de reformador primario y secundario, un reformador calentado por gas, un reformador autotérmico, una cámara de oxidación parcial, un reactor de membrana con membranas de transporte de oxígeno, una POx catalítica, o una combinación de los mismos.
Opciones adicionales se refieren al generador de vapor supercrítico. Se recomienda que la temperatura de entrada en el lado del proceso se encuentre en la escala de 550 - 1100°C y dependa de la naturaleza de la etapa de reformado y oxidación parcial instalada en la planta. Dado que se proporciona una cantidad definida de calor por el gas del proceso, tanto la velocidad de flujo del agua de alimentación como la temperatura de entrada al generador de vapor determinan la temperatura de salida del vapor crítico. La temperatura del vapor supercrítico que sale del generador de vapor supercrítico se mantiene constante y se puede ajustar opcionalmente a través de una bomba de agua de alimentación de velocidad controlable. A diferencia de la técnica en donde sólo se implementaban los parámetros de vapor subcrítico, la temperatura más alta y la presión de vapor supercrítico permiten una mayor eficiencia de acuerdo con el ciclo de Carnot.
Modalidades adicionales de acuerdo con la presente invención se refieren a la turbina de contrapresión que extrae energía térmica del vapor presurizado y la convierte en trabajo mecánico. El proceso puede ser diseñado de manera que la turbina de contrapresión sea el único conductor del compresor de aire del proceso o el compresor del gas de síntesis. El vapor supercrítico se reduce a un nivel de presión de vapor de 100 - 130 bar en la turbina de contrapresión, luego se mezcla con vapor saturado de alta presión producido por una caldera de vapor en la sección de síntesis de amoniaco y metanol y además se sobrecalienta. Este vapor entonces se alimenta a una turbina convencional de vapor de alta presión con la extracción de vapor de presión media y la parte de condensación. Alternativamente, el nivel de presión de salida de la turbina de contrapresión puede ser idéntico al nivel de vapor de presión media regular. Por lo general, el nivel de vapor de presión media regular es algo más alto que el nivel de presión del proceso de la generación de gas de síntesis para poder producir vapor para el proceso.
Además, el nivel de presión de salida de la turbina de contrapresión no necesariamente tiene que ser igual al nivel de vapor de presión media regular de la planta pero puede colocarse entre el nivel de vapor de presión de alta presión y el nivel de vapor de presión media. De esta manera, una generación de gas de síntesis de presión más alta se puede suministrar con el vapor de una forma económica sin afectar el nivel de vapor de presión media regular para otras turbinas.
El proceso descrito para la utilización del calor de gas de síntesis para la generación de vapor supercrítico en una planta de amoniaco o metanol de baja energía debe operarse en un conjunto de aparatos que comprende una etapa de reformado u oxidación parcial, por lo menos un generador de vapor supercrítico, por lo menos un sobrecalentador para vapor supercrítico, un dispositivo de medición de la temperatura corriente abajo del generador de vapor supercrítico, por lo menos una turbina de contrapresión, por lo menos una turbina de extracción y de condensación, por lo menos una bomba de agua de alimentación de la caldera, un medio para alimentar el gas de síntesis sintetizado al lado de la cubierta del generador de vapor supercrítico, un medio para transportar el agua de alimentación presurizada al generador de vapor supercrítico, un medio para ajusfar el flujo de agua de alimentación para mantener una temperatura constante de vapor supercrítico en la salida del generador de vapor supercrítico, un medio para transportar el vapor supercrítico producido en el generador de vapor supercrítico a un sobrecalentador, y un medio para transportar el vapor sobrecalentado a una turbina de contrapresión.
Una opción adicional del aparato es que el generador de vapor supercrítico está diseñado con un conjunto de tubos verticales.
Una opción adicional del aparato es que comprende además un medio para conectar el dispositivo de medición de la temperatura a una bomba de agua de alimentación de velocidad controlable.
Una opción adicional del aparato es que comprende un sobrecalentador corriente arriba de la turbina de contrapresión que se encuentra en la sección de convección del reformador primario o como una alternativa en un calentador encendido.
Una opción alternativa del aparato es que comprende un sobrecalentador localizado corriente arriba de la turbina de extracción y de condensación que se diseña como una sección de convección del reformador o una bobina de calentador encendido.
Una opción alternativa del aparato es que comprende adicionalmente un medio para combinar el vapor saturado de alta presión procedente de una caldera de vapor en la sección de síntesis con el vapor fuera de la turbina de contrapresión y que transporta el flujo conjunto a un sobrecalentador común.
Una opción adicional del aparato es que comprende un medio para combinar el flujo de vapor de la turbina de contrapresión y el vapor extraído de la turbina de extracción y de condensación.
Una opción adicional del aparato es que comprende un generador de vapor supercrítico en la línea de gas de síntesis que se encuentra en el lado del vapor, así como en el lado del gas de síntesis seguido por un generador de vapor supercrítico.
Una opción adicional del aparato es que comprende un convertidor de desplazamiento de CO de alta temperatura que se dispone entre el generador de vapor supercrítico y el sobrecalentador de vapor supercrítico en la línea de gas de síntesis. En lo siguiente, la invención se describe con más detalle a modo de ejemplo y se ilustra con 4 figuras que resumen los asuntos básicos. Las figuras 1 a 4 muestran diagramas de bloque que ejemplifican diferentes formas de emplear el proceso descrito para la utilización del calor de gas de síntesis para la generación de vapor supercrítico en una planta de amoniaco o metanol de baja energía.
El diagrama de bloque en la figura 1 muestra una etapa de reformado u oxidación parcial (1) en donde se produce gas de síntesis. Esta etapa se selecciona de un grupo que comprende un reformador primario, una combinación de reformador primario y secundario, un reformador calentado por gas, un reformador autotérmico, una cámara de oxidación parcial, un reactor de membrana con membranas de transporte de oxígeno, una POX catalítica, o una combinación de los mismos. El gas de síntesis generado (2) se transporta al lado de la cubierta de un generador de vapor supercrítico (3). El flujo de agua de alimentación (4) se precalienta (5, 6) y se presuriza (7, 8) antes de entrar en el generador de vapor supercrítico (3). El gas (9) que sale del generador de vapor supercrítico 1 se procesa además en una o más unidades de desplazamiento de CO (10, 11). De esta manera, se logra el calentamiento de los precalentadores (5, 6) utilizando el calor residual (12, 30) de los reactores de desplazamiento de CO (10, 11). El vapor supercrítico generado (13) se envía a un sobrecalentador (14) que se encuentra en la sección de convección del reformador primario o en un calentador encendido. La temperatura del vapor supercrítico se controla por medio de un dispositivo de medición de la temperatura (15) que está conectado a una bomba de agua de alimentación de velocidad controlable (7) para ajusfar el flujo de agua de alimentación (4) del generador de vapor supercrítico (3) con el fin de mantener la temperatura del vapor supercrítico a un nivel constante. El vapor supercrítico caliente adicional (16) del sobrecalentador (14) se alimenta a una turbina de contrapresión (17). El vapor expandido (18) de la turbina de contrapresión (17) se mezcla con vapor saturado de alta presión (19) producido por una caldera de vapor en la sección de síntesis de amoniaco o metanol (20) y además se sobrecalienta en un sobrecalentador (21). Este sobrecalentador (21) puede ser diseñado como una sección de convección del reformador o una bobina del calentador encendido. El vapor sobrecalentado (22) entonces se alimenta en una turbina de extracción y de condensación (23) .
La invención permite muchas maneras de utilizar el proceso. Por ejemplo, una conexión (24) puede servir para controlar la temperatura de vapor supercrítico ajustando el flujo del agua de alimentación (4) del generador de vapor supercrítico (3) de forma automática pero también puede omitirse y el flujo del agua de alimentación se controla por otros medios. También una opción es dividir el flujo de agua de alimentación en dos partes. La parte 1 se envía a la sección de síntesis y la parte 2 (4) se utiliza para alimentar el generador de vapor supercrítico con agua de alimentación que puede además presurizarse (7) y precalentarse (5) antes de entrar en el generador de vapor supercrítico (3).
La figura 1 muestra una configuración del proceso en donde el vapor saturado de alta presión (19) procedente de una caldera de vapor en la sección de síntesis (20) se combina con el vapor (18) generado en la turbina de contrapresión (17) y el flujo conjunto se transporta a un sobrecalentador común (21). Dependiendo del calor disponible en la sección de convección del reformador primario el proceso también se puede configurar de una manera que sólo una de las corrientes (18) y (19) se sobrecalienta en una bobina de convección del reformador mientras que la otra se sobrecalienta en un bobina del calentador encendido y ambas corrientes entonces se combinan después de sobrecalentarse por separado.
La figura 2 muestra una variación de este proceso en donde se calienta el vapor saturado de alta presión (19) procedente de una caldera de vapor en la sección de síntesis (20) en el sobrecalentador (21) y se alimenta en la turbina de extracción y de condensación (23). El vapor supercrítico (16) se alimenta en la turbina de contrapresión (17), en donde se expande. La salida de vapor de la turbina de contrapresión (27) y el vapor de extracción (28) de la turbina de extracción y de condensación se combinan (29) para aplicación adicional.
La figura 3 muestra una variación adicional de los procesos descritos en las figuras 1 y 2. El proceso descrito en la figura 3 es igual al descrito en la figura 2 hasta el punto en donde llega a la combinación de las corrientes resultantes fuera de la turbina de contrapresión (27) y de la turbina de extracción y de condensación (28). En la variación del proceso que se muestra en la figura 3 estas dos corrientes (27, 28) permanecen por separado. Desconectar el nivel de contrapresión (27) del nivel de vapor de presión media regular (29) permite una presión de operación diferente de la etapa de reformado o de oxidación parcial (1), por ejemplo, para el reformado de vapor de alta presión o reformado autotérmico de alta presión. Por lo tanto, la alta eficiencia de la turbina de extracción y de condensación (23) y otras turbinas que operan en el nivel de vapor de presión media (29) se mantiene a pesar de la presión de vapor del proceso superior.
Las variaciones del proceso presentadas en las figuras 1 a 3 representan conceptos de plantas que se diseñan para la generación de energía máxima. Las plantas no están en equilibrio con respecto a sus propias demandas de energía, es decir; tendrán exportación de vapor considerable. Esto no siempre es deseable, ya que hay muchos lugares en donde no hay consumidores adecuados en las proximidades. En estos casos, una planta equilibrada es la opción preferida. Dicho esquema se proporciona por la variación de la invención de la figura 4. El gas de síntesis generado (2) se transporta de nueva cuenta a un generador de vapor supercrítico (3). El flujo de agua de alimentación supercrítico (4) viene directamente de la bomba de agua de alimentación supercrítica (7). El vapor supercrítico (31) generado en (3) se transporta ahora a un sobrecalentador adicional (32) en la línea de gas de síntesis (33), en donde se lleva a cabo parte del sobrecalentamiento. La corriente de salida (13) luego entra en el sobrecalentador habitual (14) para el acondicionamiento final. De este modo, se reduce considerablemente la cantidad de calor necesaria en el sobrecalentador (14). El gas de síntesis (33) que sale del generador de vapor supercrítico 1 (3) se pasa al sobrecalentador (32). Opcionalmente, el convertidor de desplazamiento de CO de alta temperatura (10) se puede colocar en la línea (33). El paso de conversión en este lugar reduce significativamente el contenido de CO del gas de síntesis, lo que en consecuencia reduce su agresividad de pulverización de metal. Esto permite temperaturas más altas del metal en el sobrecalentador (32) y una mayor temperatura de precalentamiento para el vapor supercrítico (13). La variación del proceso presentado en la figura 4 puede combinarse con las variaciones mostradas en las figuras 1 a 3, ofreciendo así total flexibilidad para ajustar el ciclo de vapor a los requisitos del proceso y las fuentes de calor disponibles.
Clave de los elementos mencionados 1 etapa de reformado u oxidación parcial 2 gas de síntesis 3 generador de vapor supercrítico 4 flujo de agua de alimentación 2 ^ 5 precalentador 1 6 precalentador 2 7 bomba de agua de alimentación de la caldera 1 8 bomba de agua de alimentación de la caldera 2 9 gas que sale del generador de vapor supercrítico 10 reactor de desplazamiento de CO 1 11 reactor de desplazamiento de CO 2 0 12 calor residual del reactor de desplazamiento de CO 1 13 vapor supercrítico 14 sobrecalentador 15 dispositivo de control de la temperatura 16 vapor supercrítico caliente adicional 17 turbina de contrapresión 18 vapor expandido fuera de la turbina de contrapresión 5 19 vapor de alta presión fuera de la sección de síntesis de metanol o amoniaco 20 sección de síntesis 21 sobrecalentador 22 vapor sobrecalentado 23 turbina de extracción y de condensación Q 24 conexión para enlazar el dispositivo de control de temperatura con una bomba de agua de alimentación de la caldera 25 flujo de agua de alimentación 26 flujo de agua de alimentación 1 27 vapor de salida desde la turbina de contrapresión 28 vapor de extracción de la turbina de extracción y de condensación 29 combinación de corriente de gas 27 y corriente de gas 28 30 calor residual del reactor de desplazamiento de CO 2 31 vapor supercrítico 32 generador de vapor supercrítico 33 gas de síntesis Los siguientes ejemplos ilustran el potencial del proceso inventado en lo que respecta a la reducción de costos de operación.
EJEMPLO 1 En este ejemplo se compara la siguiente realización del sistema de vapor en plantas de amoniaco y metanol: S1 sistema de vapor de alta presión estándar con de turbinas de extracción y de condensación A1 Modalidad de la invención de acuerdo con la figura 1 B1 Modalidad de la invención de acuerdo con la figura 2 La comparación se basa en una salida de energía combinada de 60 MW para todas las turbinas. Esta cifra está en el orden de escala mundial actual de las plantas de amoniaco y metanol. Además, se asume una velocidad de flujo de vapor de 120 t / h a 45 bar y 430 0 C como vapor del proceso para la etapa de reformado. Las eficiencias de la turbina del 80% se han utilizado en los cálculos. El cuadro 1 muestra datos del proceso adicionales en esta comparación así como los resultados. El cuadro ilustra la marcada diferencia en la entrada de calor necesaria entre el sistema convencional de vapor y la variación propuesta del nuevo proceso que utiliza el sistema de vapor supercrítico. El cuadro también muestra las diferencias resultantes en costos de operación anuales con base en un precio de energía de 4€ / GJ.
CUADRO 1 EJEMPLO 2 En este ejemplo se comparan realizaciones similares del sistema de vapor en plantas de amoniaco y metanol como en el ejemplo 1 : S2 sistema de vapor de alta presión estándar con de turbinas de extracción y de condensación A2 Modalidad de la invención de acuerdo con la figura 1 C1 Modalidad de la invención de acuerdo con la figura 3 En este caso se ha asumido que se está utilizando una etapa de reformado diferente a una presión más alta y el vapor del proceso tiene que suministrarse a 70 bar. Todos los demás datos son los mismos que en el Ejemplo 1.
CUADRO 2 Muestra los resultados de esta comparación.
Las ventajas del proceso propuesto son: Mayor eficiencia de energía del proceso al aplicar un sistema de vapor supercrítico.
Efectividad en cuanto a costo, por medio del reemplazo de tres piezas costosas del equipo comprende un tambor de vapor, una caldera con vapor de alta presión en el lado de la cubierta, y un sobrecalentador caliente de gas del proceso con una caldera de vapor supercrítico con el gas de proceso con baja presión en el lado de la cubierta.
Ahorros en la superficie del condensador de vapor y consumo de agua de enfriamiento debido a la mayor eficiencia térmica del sistema de vapor supercrítico.
Se pueden evitar los problemas de corrosión por pulverización de metal que son frecuentes en sobrecalentadores de vapor convencionales.
Eficiente provisión de vapor del proceso para procesos de reformado de alta presión, debido a la ubicación de la turbina de contrapresión entre el nivel de vapor supercrítico y el nivel de vapor de presión del proceso.

Claims (20)

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN REIVINDICACIONES
1.- Proceso para la utilización de calor de gas de síntesis para la generación de vapor supercrítico en una planta de amoniaco o metanol de baja energía que comprende una etapa de reformado u oxidación parcial, por lo menos un generador de vapor supercrítico, por lo menos un sobrecalentador, por lo menos una turbina de contrapresión, por lo menos una turbina de extracción y de condensación, por lo menos una bomba de agua de alimentación de caldera en donde el gas de síntesis se sintetiza en una etapa de reformado u oxidación parcial, caracterizado porque un generador de vapor supercrítico que tiene un lado de la cubierta y un lado del tubo se utiliza para la recuperación de calor, el gas de síntesis sintetizado se envía al lado de la cubierta del generador de vapor supercrítico, el generador de vapor supercrítico se alimenta con agua de alimentación presurizada, el flujo de agua de alimentación se ajusta para mantener la temperatura del vapor en la salida del generador de vapor supercrítico en la escala de 375-500°C, el vapor supercrítico se genera en el generador de vapor supercrítico a una presión de 225-450 bar, el vapor supercrítico se calienta además en un sobrecalentador a una temperatura de 500 - 750°C, y el vapor supercrítico generado en el sobrecalentador se alimenta a una turbina de contrapresión.
2. - El proceso de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque la etapa de reformado u oxidación parcial en donde se produce el gas de síntesis se selecciona de un grupo que comprende un reformador primario, una combinación de reformador primario y secundario, un reformador calentado por gas, un reformador autotérmico, una cámara de oxidación parcial, un reactor de membrana con membranas de transporte de oxígeno, una POx catalítica, o una combinación de los mismos.
3. - El proceso de conformidad con la reivindicación 1 ó 2, caracterizado además porque la temperatura de entrada en el lado del proceso del generador de vapor supercrítico está en la escala de 550-1100°C.
4. - El proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado además porque la temperatura del vapor supercrítico que sale del generador de vapor supercrítico se mantiene constante por medio de una bomba de agua de alimentación de velocidad controlable.
5. - El proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado además porque la turbina de contrapresión es el único conductor del compresor de aire del proceso o el compresor del gas de síntesis.
6.- El proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado además porque el vapor supercrítico se reduce a un nivel de vapor de 100-130 bar en la turbina de contrapresión.
7. - El proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado además porque el vapor supercrítico fuera de la turbina de contrapresión se mezcla con vapor saturado producido por una caldera de vapor en la sección de síntesis de amoniaco o metanol y posteriormente se sobrecalienta adicionalmente.
8. - El proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado además porque el vapor de salida de la turbina de contrapresión se alimenta en una turbina de extracción y condensación después de sobrecalentar adicionalmente.
9.- El proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado además porque el nivel de presión de salida de la turbina de contrapresión es independiente del nivel de presión de vapor definido por la extracción desde la turbina de extracción y condensación.
10.- El proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado además porque el nivel de presión de salida de la turbina de contrapresión se coloca ente el nivel de presión de vapor supercrítico y el nivel de presión de vapor del proceso.
11.- Un aparato para la utilización del calor de gas de síntesis para la generación de vapor supercrítico en una planta de amoniaco o metanol adecuada para operar un proceso de la reivindicación 1 , que comprende una etapa de reformado u oxidación parcial, por lo menos un generador de vapor supercrítico, por lo menos un sobrecalentador para vapor supercrítico, un dispositivo de medición de la temperatura corriente abajo del generador de vapor supercrítico, por lo menos una turbina de contrapresión, por lo menos una turbina de extracción y de condensación, por lo menos una bomba de agua de alimentación de la caldera, un medio para alimentar el gas de síntesis sintetizado al lado de la cubierta del generador de vapor supercrítico, un medio para transportar el agua de alimentación presurizada al generador de vapor supercrítico, un medio para ajustar el flujo de agua de alimentación para mantener una temperatura constante de vapor supercrítico en la salida del generador de vapor supercrítico, un medio para transportar el vapor supercrítico producido en el generador de vapor supercrítico a un sobrecalentador, y un medio para transportar el vapor sobrecalentado a una turbina de contrapresión.
12. - El aparato de conformidad con la reivindicación 11 , caracterizado además porque comprende un generador de vapor supercrítico que está diseñado con un conjunto de tubos verticales.
13. - El aparato de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 11 o 12, caracterizado además porque comprende un medio para conectar el dispositivo de medición de la temperatura a una bomba de agua de alimentación de velocidad controlable.
14.- El aparato de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 11 a 13, caracterizado además porque comprende un sobrecalentador corriente arriba de la turbina de contrapresión que se encuentra ubicado en la sección de convección del reformador primario.
15.- El aparato de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 11 a 13, caracterizado además porque comprende un sobrecalentador corriente arriba de la turbina de contrapresión que se encuentra ubicado en un calentador encendido.
16.- El aparato de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 11 a 15, caracterizado además porque comprende un sobrecalentador localizado corriente arriba de la turbina de extracción y de condensación que se diseña como una sección de convección del reformador o una bobina de calentador encendido.
17.- El aparato de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 11 a 16, caracterizado además porque comprende un medio para combinar el vapor saturado procedente de una caldera de vapor en la sección de síntesis con el vapor de la turbina de contrapresión y que transporta el flujo conjunto a un sobrecalentador común.
18.- El aparato de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 11 a 16, caracterizado además porque comprende un medio para combinar el flujo de vapor de la turbina de contrapresión y el vapor extraído de la turbina de extracción y de condensación.
19.- El aparato de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 11 a 18, caracterizado además porque el generador de vapor supercrítico en la línea de gas de síntesis se encuentra en el lado del vapor, así como en el lado del gas de síntesis seguido por un sobrecalentador de vapor supercrítico.
20.- El aparato de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 11 a 19, caracterizado además porque el convertidor de desplazamiento de CO de alta temperatura se coloca entre el generador de vapor supercrítico y el sobrecalentador de vapor supercrítico en la línea de gas de síntesis.
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