MX2012009700A - Reactor intercambiador para produccion de hidrogeno con haz integrado de generacion de vapor. - Google Patents

Reactor intercambiador para produccion de hidrogeno con haz integrado de generacion de vapor.

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Abstract

La presente invención describe un reactor intercambiador destinado a la puesta en operación de reacciones endotérmicas, tales como la vaporreformación de cortes petroleros o de alcoholes, que integra un haz de generación de vapor que permite aumentar la eficacia térmica.

Description

REACTOR INTERCAMBIADOR PARA PRODUCCION DE HIDROGENO CON HAZ INTEGRADO DE GENERACION DE VAPOR Campo de la Invención La presente invención se sitúa en el dominio de los reactores intercambiadores, destinados a la puesta en operación de reacciones endotérmicas, tales como la vaporreformación de cortes petroleros o de alcoholes, con miras a la producción de gas de síntesis.
Antecedentes de la Invención Este tipo de reactores es conocido de la técnica anterior y se puede encontrar una descripción en las patentes US 4919844, US 4690690, WO 2003/031050, WO 03/035242.
El principio de un reactor intercambiador de este tipo consiste esquemáticamente en hacer circular humos calientes, que pueden alcanzar en la entrada del reactor los 1200 °C, alrededor de un conjunto de tubos en el interior de los cuales se desarrolla una reacción endotérmica o un conjunto de reacciones globalmente endotérmica. La eficacia térmica de un reactor intercambiador de este tipo está esencialmente determinada por la temperatura de la salida de los humos .
La presente invención tiene por objetivo mejorar la eficacia térmica de un reactor intercambiador de este tipo, disminuyendo la temperatura de salida de los humos, esto por Ref.: 233961 la integración en el interior mismo del reactor intercambiador, de un haz de generación de vapor de agua, convenientemente colocado.
En lo subsiguiente del texto se tomará el ejemplo de la reacción de vaporreformación del gas natural, como es representativo de las reacciones endotérmicas involucradas por el reactor intercambiador objetivo de la presente invención. Pero más en general, la presente invención se refiere a todas las reacciones endotérmicas para las cuales el aporte de calorías puede hacerse por los humos calientes.
La reacción de vaporreformación tiene lugar a temperaturas muy elevadas, típicamente de 900 °C y bajo presión, típicamente de 20 a 30 barias. Resulta pues que la reacción es puesta en operación en un conjunto de tubos, la única solución, económicamente viable en virtud de la resistencia mecánica de los materiales. Estos reactores catalíticos están pues constituidos de una pluralidad de tubos, típicamente del orden de 200 a 400 tubos, para las unidades que producen de 100,000 Nm3/hora de hidrógeno.
Estos tubos son calentados por los humos calientes generados corriente arriba del reactor intercambiador, por ejemplo en una cámara de combustión externa, o incluso por una turbina generadora de gas caliente, seguida de una cámara de combustión externa, como es el caso en el reactor intercambiador descrito en la patente Francesa FR 2 852 338.
Los tubos pueden ser del tipo de bayonetas, de manera para tener las entradas de los reactivos y de las salidas del producto en el mismo extremo. Los tubos bayoneta están suspendidos en la bóveda superior del reactor intercambiador, lo que facilita el manejo de las dilataciones térmicas .
Un ejemplo de reactor intercambiador de gran tamaño es el reactor "HyGenSys" descrito en la patente Europea FR 2 918,904. Este reactor intercambiador comprende un gran número (superior a 50) de tubos encerrados en una carcasa de diámetro grande (varios metros) y con diferencias de presión elevadas entre el costado de procedimiento (o costado del tubo) y el costado de los humos (o costado de la carcasa) .
Una solución igualmente conocida para mejorar los coeficientes de intercambio entre los humos y los tubos bayonetas en el interior de los cuales se desarrollan las reacciones endotérmicas, es tener velocidades elevadas de circulación de humos, principalmente haciéndolos pasar alrededor de los tubos bayonetas en los tubos que se denominarán tubos chimeneas o más simplemente chimenea, rodeando cada chimenea un tubo bayoneta.
De acuerdo a la técnica anterior (patente Francesa FR 2,918,904) estas chimeneas son fijadas y soportadas por una placa horizontal fijada a las paredes de la carcasa del reactor intercambiador. Este último puede ser clásicamente reforzado por debajo o por arriba con ayuda de vigas con el fin de reducir al mínimo su espesor.
Los humos calientes transfieren una parte de su energía a los tubos bayonetas, pero son todavía muy calientes en la salida del reactor intercambiador (entre 550°C y 700°C, y típicamente entre 600 °C y 650 °C) . La eficacia térmica no es pues muy elevada, y uno de los objetivos de la presente invención es mejorar la eficacia térmica de un reactor intercambiador de este tipo, por la disminución de la temperatura de salida de los humos.
Revisión de la Técnica Anterior Al momento de la utilización de un reactor intercambiador con los humos bajo presión (típicamente entre 2 y 5 barias relativos) , se vuelve difícil realizar las conexiones de las salidas de los humos cuando éstos últimos están a temperaturas superiores a 550 °C. De acuerdo a la técnica anterior, se debe aislar térmicamente el interior de la tubería de salida de manera para que la brida esté a una temperatura suficientemente baja, pero esta modalidad impone un diámetro de tubería todavía más importante, pudiendo conducir a problemas mecánicos sobre la virola del reactor intercambiador, la cual debe incluso quedar a una temperatura relativamente baja (típicamente inferior a 300°C) para quedar económicamente viable .
Por otra parte, en la solución de la técnica anterior, los humos que salen por la parte alta del reactor intercambiador, deben ser recolectados y descendidos nuevamente al nivel del suelo, para alimentar los equipos corriente abajo en general colocados sobre el suelo (cámara de combustión secundaria o expansor o generador de vapor) . Ahora bien, esta línea caliente de redescenso de los humos debe igualmente estar aislada internamente lo que la hace voluminosa y costosa. Por otra parte, ésta es fuente de desperdicios técnicos que penalizan la eficacia global del sistema.
La presente invención permite eliminar esta línea de redescenso de los humos, mejorando siempre la eficacia térmica del reactor intercambiador.
Breve Descripción de la Invención La presente invención puede definirse como un reactor intercambiador destinado a la puesta en operación de las reacciones endotérmicas, que incluye una pluralidad de tubos bayonetas suspendidos en la bóveda superior (2) del reactor, y que se extienden hasta el nivel del fondo inferior (3) , los tubos bayonetas (4) son utilizados para efectuar la o las reacciones químicas endotérmicas y están encerrados en una carcasa (1) que incluye una tubería de entrada (E) para los humos calientes que aportan las calorías a los tubos bayoneta (4) y al menos una tubería de salida (S) para la evacuación de los humos enfriados después del intercambio térmico, el reactor intercambiador incluye además un haz de generación de vapor constituido de una pluralidad de tubos de generación de vapor, sensiblemente verticales (5) , igualmente suspendidos en la bóveda superior (2) del reactor intercambiador, y que se extiende hasta el nivel del fondo inferior (3) y contenidos en un espacio periférico (8) comprendido entre una trampa interna (Bi) sensiblemente paralela a la parte vertical de la virola (1) y la denominada pared vertical (1) . La trampa interna (Bi) posee al menos una abertura (Oi) que permite la transferencia de los humos (10) desde el núcleo del reactor hacia el espacio periférico (8) . Los tubos verticales (5) que sirven para la generación del vapor son alimentados por agua por un depósito inferior (9) situado en la parte inferior del espacio periférico (8) y la mezcla de líquido y vapor proveniente de los tubos verticales (5) es recolectada en el recolector superior (7) situado por arriba de la bóveda superior (2) del reactor intercambiador, sensiblemente al mismo nivel que el globo separador (6) .
De acuerdo a una primera variante del reactor intercambiador de acuerdo a la invención, cada tubo de generación de vapor (5) está rodeado de un tubo que permite canalizar los humos alrededor del tubo de generación de vapor (5) .
De acuerdo a una segunda variante del reactor intercambiador de acuerdo a la invención, un sistema de laberintos fijados a las paredes del espacio periférico (8) permite a los humos (10) circular de manera sensiblemente perpendicular a los tubos verticales (5) .
De manera preferida, la abertura (Oi) que permite al paso de los humos desde el núcleo del reactor en el espacio periférico (8) , está situada en la parte superior de la trampa interna Bi.
En el reactor intercambiador de acuerdo a la presente, invención, el volumen periférico (8) correctamente dimensionado, puede representar menos del 10%, y preferentemente menos del 5% del volumen total del reactor intercambiador .
El reactor intercambiador de acuerdo a la invención puede ser utilizado en particular para la puesta en operación del procedimiento de vaporreformación de un corte petrolero o de gas natural o de alcohol .
En este caso, la velocidad de los humos en el espacio periférico (8) está en general comprendida entre 20 m/s y 80 m/s, y preferentemente comprendida entre 30 m/s y 60 m/s .
Siempre en el marco de utilización del reactor intercambiador de acuerdo a la presente invención, en un procedimiento de vaporreformación de un corte petrolero o de gas natural o de alcohol, los humos penetran en el reactor intercambiador a una temperatura cercana a 1200 °C, y abandonan el reactor intercambiador a una temperatura preferentemente inferior a 400°C.
Breve Descripción de las Figuras La figura 1 representa una vista esquemática del reactor intercambiador de acuerdo a la invención, en la cual se ha puesto en evidencia el circuito de generación de vapor que comprende el depósito de alimentación (9) , el haz de tubos de generación de vapor (5) , el recolector de vapor superior (7) , y el globo separador (6) .
La figura 2 es una vista en corte del reactor intercambiador que permite distinguir el espacio central dedicado a los tubos bayoneta del procedimiento, y el espacio periférico que contiene los tubos de generación de vapor.
Descripción Detallada de la Invención La presente invención puede definirse como un reactor intercambiador con eficacia energética mejorada mediante la colocación de un haz de generación de vapor, completamente integrador al reactor, es decir colocado en un espacio periférico con relación al núcleo del reactor ocupado por el haz de tubos bayonetas, y que permite expulsar mejor los humos .
La solución, el objetivo de la invención, consiste en enfriar los humos, después de su primer intercambio con los tubos bayoneta (4) , permitiendo la realización de reacciones químicas del procedimiento, generando vapor antes de su salida del reactor intercambiador (1) en un espacio (8) situado en la periferia del reactor intercambiador.
Para esto, los tubos de generación de vapor verticales (5) son instalados en la periferia del reactor intercambiador (1) hacia el interior del espacio periférico (8) , delimitado por una parte por una trampa interna (Bi) sensiblemente vertical que se extiende desde el fondo inferior (3) hasta la bóveda superior (2) , y por otra parte, por la pared vertical de la virola (1) del reactor intercambiador .
Estos tubos de generación de vapor verticales (5) están suspendidos desde la bóveda superior (2) del reactor, y están libres de dilatarse hacia la parte baja.
Los tubos verticales (5) son alimentados con agua líquida desde un globo de vapor (6) colocado preferentemente a una altura superior a aquella del nivel superior del reactor intercambiador (1) , por un depósito anular inferior (9) . Este depósito inferior (9) es alimentado con agua a partir del globo separador (6) por medio de un conducto de agua (11) , sensiblemente vertical, el mismo situado en el interior del espacio periférico (8) .
En los tubos de generación de vapor (5) , el agua se vaporiza parcialmente, típicamente, entre 5% y 100% de evaporación, mediante intercambio térmico con los humos (10) que descienden en el espacio periférico (8) del reactor intercambiador (1) desde la abertura (Oi) hasta la tubería de salida (S) .
Los tubos de generación de vapor (5) están conectados en la parte alta a un recolector superior (7) exterior al reactor que permite recolectar el vapor o la mezcla de agua/vapor antes de alimentar el globo separador (6) .
Los humos (10) son de este modo enfriados por debajo de 400°C, preferentemente entre 300°C y 350°C, lo que permite extraerlos del reactor intercambiador (1) por al menos una brida (S) de metalurgia estándar, del tipo inox 316 por ejemplo. Esta brida (S) (o estas bridas (s) ) es preferentemente colocada en la parte inferior del reactor intercambiador.
El refractario (R) es colocado longitudinalmente del fondo inferior (3), longitudinalmente de la pared de la trampa Bi, por el costado orientado hacia los tubos del procedimiento, y longitudinalmente de la pared vertical de la virola (1) .
El espacio periférico (8) formado de este modo para el circuito de los humos (10) , permite reducir al mínimo las partes térmicas. Por otra parte, la temperatura más baja de los humos en la cercanía de la virola (1) permite reducir al mínimo el espesor del refractario (R) colocado longitudinalmente de la parte vertical de la virola (1) .
Los tubos de generación de vapor (5) pueden estar provistos de aletas externas con el fin de aumentar el coeficiente de intercambio con los humos.
El depósito anular inferior (9) es alimentado por una línea (11) de agua líquida al punto de ebullición proviniendo del globo de vapor (6) , ya sea mediante termosifón (diferencia de densidad entre el agua líquida y el agua parcialmente vaporizada) o bien por una bomba, principalmente si el globo de vapor no está colocado suficientemente alto.
La línea inferior (14) conecta la fase líquida del globo separador (6) al recolector superior (7) .
La línea superior (13) conecta el recolector superior (7) a la fase de vapor del globo separador (6) .
Los humos provenientes de la tubería de entrada (E) se extienden desde el núcleo del reactor hasta la trampa interna (Bi) y penetran en el espacio periférico (8) que contiene los tubos de generación de vapor (5) por al menos una abertura (Oi) proporcionada en la trampa interna (Bi) , y abandonan en espacio periférico (8) por la tubería de salida (S) situada en la parte inferior de la virola (1) . La o las aberturas (Oi) son preferentemente colocadas en la parte superior de la trampa Bi como se indica en la figura 1.
Con el fin de forzar el intercambio entre los humos (10) y los tubos de generación de vapor (5) , los laberintos (no representados en las figuras 1 y 2) pueden ser instalados de manera para que los humos (10) sean obligados a cruzar los tubos 5 más que bordearlos .
De acuerdo a una modalidad, los tubos de generación de vapor (5) pueden estar por sí mismos colocados en los tubos (no representados en las figuras 1 y 2) que canalizan los humos (10) para acelerar los humos e intensificar el intercambio térmico con los tubos de generación de vapor (5) .
El haz de intercambio (5) puede igualmente ser utilizado para sobrecalentar el vapor.
Ejemplo Un ejemplo de puesta en operación de la invención ha sido efectuado para una unidad de producción de 100,000 Nm3/hora de hidrógeno puro. Para esta capacidad, este reactor HyGenSys está compuesto de 301 tubos catalíticos de 15 metros de altura.
Se supone un paso entre tubos de 450 mm. Se supone que se genera una parte del vapor necesario para el procedimiento por un intercambiador interno al reactor, empalmado a un globo de vapor y que funciona en termosifón.
La cantidad de calor necesaria para la evaporación es de 30 MW. El procedimiento produce un caudal de 400 T/hora de humos a una presión de 3 barias absolutas en la entrada del reactor.
La temperatura de los humos en la salida de la sección de intercambio con los tubos catalíticos es de 600°C.
La temperatura de los humos en la salida de la sección de vaporización es de 375°C.
Los tubos de vaporización son de diámetro externo de 50 mm y de diámetro interno de 44 mm. Estos tubos de vaporización están situados en una zona anular de 120 mm de anchura situada en la periferia del reactor. La velocidad de los humos entre los tubos es de 92 m/s.
El coeficiente de intercambio global es de 285 /m2/°C y el intercambio necesita colocar 210 tubos de la misma altura que los tubos catalíticos .
El paso entre tubos es de este modo de 134 mm.
El diámetro interno del reactor, excepto el refractario, es de 9 metros, mientras que éste sería de 8.76 metros sin la sección de vaporización. De este modo, el suplemento del volumen engendrado por la presencia del haz de generación de vapor integrado es de 5.2% y la ganancia en eficacia energética directamente vinculada a la temperatura de salida de los humos, es de 32%.
Se hace constar que con relación a esta fecha el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims (7)

REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones :
1. Un reactor intercambiador destinado a la puesta en operación de reacciones endotérmicas, caracterizado porque incluye una pluralidad de tubos bayoneta suspendidos en la bóveda superior del reactor y que se extienden hasta el nivel del fondo inferior, los tubos bayoneta son utilizados para efectuar la o las reacciones químicas endotérmicas y están encerrados en una virola que incluye una tubería de entrada para los humos calientes que aportan las calorías a los tubos bayoneta, y al menos una tubería de salida para la evacuación de los humos enfriados después del intercambio térmico, el reactor intercambiador incluye un haz de generación de vapor constituido de una pluralidad de tubos verticales igualmente suspendidos en la bóveda superior del reactor intercambiador, y contenidos en un espacio periférico comprendido entre una trampa interna sensiblemente paralela a la pared vertical de la virola y la pared vertical, la trampa interna posee al menos una abertura que permite la transferencia de los humos desde el núcleo del reactor hacia el espacio periférico, los tubos verticales que sirven para la generación de vapor son alimentados con agua por un depósito inferior situado en la parte inferior del espacio periférico, y la mezcla de líquido y vapor proveniente de los tubos verticales es recolectada en un recolector superior situado por arriba de la bóveda superior del reactor intercambiador, la línea inferior conecta la fase líquida del globo separador al recolector superior, y la línea superior que conecta el recolector superior, a la fase de vapor del globo separador.
2. El reactor intercambiador de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque cada tubo de generación de vapor está rodeado de un tubo de pared sensiblemente vertical y coaxial al tubo de generación en cuestión, que permite canalizar los humos alrededor del tubo de generación de vapor.
3. El reactor intercambiador de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque un sistema de laberintos fijos a las paredes del espacio periférico permite a los humos circular de manera sensiblemente perpendicular a los tubos verticales.
4. El reactor intercambiador de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el volumen periférico representa menos del 10%, y preferentemente menos del 5% del volumen total del reactor intercambiador.
5. El reactor intercambiador de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la abertura que permite el paso de los humos desde el núcleo del reactor en el espacio periférico, está situada en la parte superior de la trampa interna.
6. Un procedimiento de vaporreformación de un corte petrolero o de gas natural o de alcohol, caracterizado porque recurre al reactor intercambiador de conformidad con la reivindicación 1, en el cual la velocidad de los humos en el espacio periférico está comprendida entre 20 m/s y 80 m/s, y preferentemente comprendida entre 30 m/s y 60 m/s.
7. El procedimiento de vaporreformación de un corte petrolero o de gas natural o de alcohol, caracterizado porque recurre al reactor intercambiador de conformidad con la reivindicación 1, en el cual los humos penetran en el reactor intercambiador a una temperatura cercana a 1200 °C, y abandonan el reactor intercambiador a una temperatura inferior a 400°C.
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102013109209B4 (de) * 2013-08-26 2015-09-03 Thyssenkrupp Industrial Solutions Ag Sammlerleitung zur gemeinsamen Abfuhr von aus mehreren Reformerrohren zugeleiteten Prozessgasen eines Reformers
WO2017060818A1 (en) * 2015-10-09 2017-04-13 Sabic Global Technologies B.V. Convection section having a decliner plate
CN110860258B (zh) * 2018-08-27 2022-02-22 武汉氢阳能源有限公司 一种嵌入式燃烧反应器及其应用
CN111017874B (zh) * 2019-12-27 2020-11-10 北京东方华氢科技有限公司 一种流体制备系统

Family Cites Families (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3119671A (en) * 1960-09-28 1964-01-28 Chemical Coustruction Corp Upright fluid heating furnace with heat recovery system
EP0082609B1 (en) * 1981-12-14 1987-01-14 Imperial Chemical Industries Plc Chemical reactor and process
US4919844A (en) 1984-08-16 1990-04-24 Air Products And Chemicals, Inc. Enhanced heat transfer reformer and method
DE3663652D1 (en) 1985-03-05 1989-07-06 Ici Plc Steam reforming hydrocarbons
JPS6274448A (ja) * 1985-09-27 1987-04-06 Toshiba Corp 燃料電池の改質器装置
JPS63230501A (ja) * 1987-03-19 1988-09-27 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 燃料電池用メタノ−ル改質装置
CA2246446C (en) * 1997-09-03 2002-07-09 Japan Aviation Electronics Industry Limited Insertion and withdrawal connector apparatus, structure of remote controlling engagement and separation thereof, and connecting frame block structure for insertion and withdrawal connector apparatus or the like
JP2001155756A (ja) * 1999-11-30 2001-06-08 Tokyo Gas Co Ltd 燃料電池用水蒸気改質反応器
GB0002153D0 (en) * 2000-02-01 2000-03-22 Ici Plc Heat exchange reactor
GB0124172D0 (en) 2001-10-09 2001-11-28 Ici Plc Reactor
EP1304159A1 (en) 2001-10-19 2003-04-23 Methanol Casale S.A. Method and reactor for carrying out chemical reactions in pseudo-isothermal conditions
JP2004018343A (ja) * 2002-06-19 2004-01-22 Hitachi Ltd 炭化水素燃料からの電力と水素の併産方法とそのプラント及びその排熱回収型改質器
JP2004164976A (ja) * 2002-11-12 2004-06-10 Matsushita Electric Ind Co Ltd 改質器、および改質方法
FR2852358B1 (fr) * 2003-03-13 2006-06-09 Procede et un dispositif de cogeneration par turbine a gaz avec chambre de postcombustion
BRPI0507885A (pt) * 2004-02-20 2007-11-27 Sasol Tech Pty Ltd fornecimento de vapor e hidrogênio para um processo ou uma instalação de produção de gás de sìntese
US7500999B2 (en) * 2004-09-01 2009-03-10 Praxair Technology, Inc. Catalytic reactor
GB0507269D0 (en) * 2005-04-11 2005-05-18 Johnson Matthey Plc Steam reforming
US7470412B2 (en) * 2005-12-21 2008-12-30 Praxair Technology, Inc. Reduction of CO and NOx in regenerator flue gas
FR2898518B1 (fr) * 2006-03-17 2009-01-16 Inst Francais Du Petrole Reacteur echangeur a combustion interne pour reaction endothermique en lit fixe
FR2914395B1 (fr) * 2007-03-30 2009-11-20 Inst Francais Du Petrole Nouveau reacteur echangeur compact utilisant un bruleur poreux
FR2918904B1 (fr) * 2007-07-20 2011-07-15 Inst Francais Du Petrole Reacteur echangeur a tube baionnette permettant de fonctionner avec des differences de pression de l'ordre de 100 bars entre le cote tube et le cote calandre.
US20090050530A1 (en) * 2007-08-21 2009-02-26 Spicer David B Process and Apparatus for Steam Cracking Hydrocarbon Feedstocks
CN101796167B (zh) * 2007-08-21 2013-05-01 埃克森美孚化学专利公司 烃原料的蒸汽裂化方法和设备
FR2924625B1 (fr) * 2007-12-06 2009-11-20 Inst Francais Du Petrole Perfectionnement du reacteur et du procede pour les reactions endothermiques en phase gazeuse
US8308828B1 (en) * 2008-07-30 2012-11-13 Bossard Peter R Multiple tube micro-channel steam reformer and method
US8769961B2 (en) * 2009-04-17 2014-07-08 Gtlpetrol Llc Generating power from natural gas with carbon dioxide capture
FR2961117B1 (fr) * 2010-06-11 2012-06-08 Inst Francais Du Petrole Reacteur echangeur a tubes baionnettes et a tubes de fumees suspendus a la voute superieure du reacteur
US9101899B2 (en) * 2011-10-20 2015-08-11 Kellogg Brown & Root Llc Reforming exchanger with integrated shift conversion
US9188329B2 (en) * 2012-02-07 2015-11-17 Doosan Fuel Cell America, Inc. Steam boiler for a steam reformer
US9295961B2 (en) * 2012-03-26 2016-03-29 Sundrop Fuels, Inc. Various methods and apparatuses for internally heated radiant tubes in a chemical reactor

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