MX2013006531A - Proceso de reforma con metano en vapor. - Google Patents
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Abstract
La presente invención proporciona un proceso y un sistema de reforma con metano en vapor, que utilizan un sistema de vapor integrado que tiene circuitos de vapor tanto de alta presión como de baja presión. De acuerdo con esta invención, sustancialmente la corriente completa del agua de alimentación de caldera tratada que sale del desaireador, se presuriza y se envía al calentador de agua de alimentación de caldera a presiones elevadas. El agua de alimentación de caldera calentada de alta presión resultante se divide con una porción usada como la alimentación para producir el vapor de baja presión y el equilibrio se envía al circuito de vapor de alta presión.
Description
PROCESO DE REFORMA CON METANO EN VAPOR
Campo de la Invención
La presente invención se relaciona generalmente con un proceso y con un sistema para la producción de gas de síntesis y/o de hidrógeno mediante la reforma con vapor. Más particularmente, esta invención se relaciona con el sistema integrado de vapor de dos niveles para gestionar la recuperación y el uso de calor en un proceso de reforma con metano en vapor para aumentar el rendimiento energético del proceso.
Antecedentes de la Invención
Los procesos de reforma con metano en vapor (SMR, por sus siglas en inglés) para la producción del gas de síntesis son bien conocidos. El proceso de reforma con metano en vapor implica hacer reaccionar una materia prima de hidrocarburo (como gas natural, gas de refinería, o nafta) con vapor a temperaturas elevadas (hasta aproximadamente 900°C) y en presencia de un catalizador para producir una mezcla de gases compuesta principalmente por hidrógeno y monóxido de carbono, conocida comúnmente como singás. Aunque el singás se usa como gas de alimentación para múltiples procesos, el uso del singás para la producción de hidrógeno es la aplicación comercial primaria del proceso de SMR. La producción de hidrógeno incorpora varios sistemas integrados que se pueden ver considerar como procesos secundarios del proceso completo. Por ejemplo, estos sistemas
se pueden describir posteriormente como cuatro procesos secundarios: i) pretratamiento con el gas de alimentación i, ii) reforma y recuperación de calor (que incluye el sistema de vapor), iii) conversión del monóxido de carbono (reacción de cambio de estado líquido a gaseoso), e iv) purificación de hidrógeno (comúnmente PSA de hidrógeno). Solamente en los Estados Unidos de Norteamérica, la reforma con metano en vapor representa aproximadamente 95% del hidrógeno producido a partir de las materias primas ligeras de hidrocarburo.
La investigación significativa se centra en la reducción de la inversión de capital en equipo y/o de los costos operacionales y de mantenimiento en los procesos de SMR. Por ejemplo, el sistema de recuperación de calor gestiona la energía térmica usada para una cantidad de procesos integrados como calentamiento por agua de alimentación, evaporación, sobrecalentamiento, y acondicionamiento de gas. Las mejoras relativamente pequeñas en el sistema de recuperación de calor pueden tener un resultado significativo en la mejora de la eficacia total del proceso completo para la producción de singás y de hidrógeno.
Los sistemas de vapor usados para recuperar el calor del proceso caliente y los gases combustibles asociados con los reformadores de metano en vapor (SMR, por sus siglas en inglés), se diseñan generalmente para operar a presiones suficientemente altas para permitir la mezcla del vapor con el gas natural a
presiones ligeramente por encima de la presión de operación del SMR, comúnmente las presiones de vapor están comúnmente por encima de 400 psia (27.22 atm). Frecuentemente, se requiere aumentar la presión del producto de vapor cuando el vapor de alta presión se exporta para el uso fuera del proceso secundario de reforma, también denominado como fuera de los límites de suministro del SMR. Puesto que la temperatura de ebullición aumenta con el aumento de la presión, la producción de vapor de alta presión puede dar lugar a grandes cantidades de calor no recuperado que es expulsado finalmente a la atmósfera, de tal modo reduce la eficacia térmica del proceso y en términos generales incrementa los costos. Recientemente, los sistemas de vapor de dos niveles eficientes con circuitos de corriente tanto de alta presión como de baja presión, se han enseñado como una manera de optimizar la recuperación de calor. Pero los sistemas actuales requieren equipo adicional en forma de múltiples bombas de agua de alimentación que aumentan el costo de capital, agregan complejidad operacional al proceso, y agregan costos de mantenimiento a la planta. Por lo tanto, sería deseable maximizar la eficacia de un sistema de dos niveles al reducir los costos y la complejidad agregados del diseño anterior.
El Número de Patente Norteamericana 7,377,951 describe el proceso de reforma de hidrocarburo en vapor al usar un sistema de vapor de dos niveles. Con respecto al sistema de vapor de este proceso, el agua de alimentación se calienta, se envía a un
sistema (desaireador) de preparación del agua de alimentación de caldera (BFW, por sus siglas en inglés), y después se divide con la porción que es bombeada a la caldera de baja presión y con la otra porción que se bombea al calentador de BFW. Una primera porción de vapor de baja presión de la caldera de baja presión se regresa al sistema de preparación de BFW y la segunda, y cualquier porción adicional, se puede usar para otros propósitos. La porción de BFW enviada al calentador de BFW entonces se envía al circuito de vapor de alta presión.
La presente invención proporciona un proceso y un sistema de SMR que usan un sistema integrado de vapor de dos niveles, por ejemplo, que tiene circuitos tanto de alta presión como de baja presión, mientras minimiza los requisitos de equipo y maximiza la eficacia y la confiabilidad de la planta. Más específicamente, el presente proceso modifica el sistema de vapor de dos niveles anterior dirigiendo toda la BFW desde el desaireador (etapa de preparación de BFW) y bombeándola al calentador de BFW. Una porción de la BFW de alta presión calentada resultante entonces se despresuriza y se usa como la alimentación para preparar el vapor de baja presión con el equilibrio que es enviado ai circuito de vapor de alta presión.
Breve Descripción de la Invención
La presente invención proporciona un proceso y un sistema de reforma con metano en vapor que usan un sistema integrado de vapor de dos niveles, por ejemplo, que tiene circuitos de vapor
tanto de alta presión como de baja presión dentro del sistema de vapor completo. El proceso de la invención usa el flujo completo de la BFW desde el desaireador y lo bombea al calentador de BFW a presiones elevadas. Una porción de la BFW de alta presión calentada resultante entonces se despresuriza y se usa como la alimentación para preparar el vapor de baja presión con el equilibrio que es enviado al circuito de vapor de alta presión. Este proceso requiere solamente un conjunto de bombas de BFW, de tal modo ahorra costos de equipo y proporciona la BFW de alta presión calentada al sistema de vapor de alta presión. Los ahorros de energía resultan de la producción y del uso del vapor de baja presión a partir del calor de bajo nivel disponible de los gases de proceso, y el uso de ese calor reduce los requisitos de combustible y/o aumenta la cantidad de vapor disponible para la exportación sin aumentar los requisitos de combustible.
De acuerdo con esta invención, un proceso y un sistema se proporcionan para la reforma con vapor de hidrocarburos para producir el hidrógeno al usar un reformador, un reactor de conversión de agua, y una PSA de hidrógeno e incorporan un sistema integrado de vapor para procesar el agua de alimentación de caldera y el vapor, el sistema de vapor está en comunicación fluida con el proceso para la reforma con vapor, el proceso comprende:
calentar el agua de alimentación de caldera para formar un agua de alimentación de caldera calentada;
desairar el agua de alimentación de caldera calentada para preparar un agua de alimentación de caldera tratada;
presurizar el agua de alimentación de caldera tratada para preparar un agua de alimentación de caldera presurizada;
calentar sustancialmente toda el agua de alimentación de caldera presurizada a aproximadamente la temperatura de ebullición para producir un agua de alimentación de caldera de alta presión calentada;
separar el agua de alimentación de caldera de alta presión calentada en por lo menos una primera porción y una segunda porción;
alimentar la primera porción del agua de alimentación de caldera de alta presión calentada a una unidad de vapor de alta presión para preparar el agua de alimentación de caldera saturada para producir el vapor de alta presión;
alimentar la segunda porción del agua de alimentación de caldera de alta presión calentada a una unidad de vapor de baja presión para preparar un vapor de baja presión; y
enviar el vapor de baja presión y el vapor de alta presión a una o más aplicaciones dentro del proceso para la reforma con vapor o fuera del proceso para la reforma con vapor.
Breve Descripción de los Dibujos
La figura 1 es un diagrama de flujo esquemático de un proceso convencional de reforma con metano en vapor;
La figura 2 es un diagrama de flujo esquemático de la
porción del proceso mostrado en la figura 1 que está relacionado con la presente invención;
La figura 3 es un diagrama de flujo esquemático generalmente de la misma porción del proceso según se mostró en la figura 2 tomado del Número de Patente Norteamericana 7,377,951 ;
La figura 4 es un diagrama de flujo esquemático de la misma porción del proceso mostrado en las figuras 2 y 3 que muestran una modalidad de la presente invención;
La figura 5 es un diagrama de flujo esquemático de la misma porción del proceso mostrado en las figuras 2-4, que muestra otra modalidad de la presente invención.
Descripción Detallada de la Invención
La presente invención es una modificación a un proceso convencional de reforma con metano en vapor. Generalmente, una materia prima ligera de hidrocarburo se hace reaccionar con vapor a temperaturas elevadas (comúnmente de hasta aproximadamente 900°C), y a presiones elevadas de aproximadamente 200 a 550 psig (aproximadamente 14 a 38 bar) en tubos llenados con catalizador a base de metal del grupo VII para producir el singás. Muy comúnmente, el metal es níquel o aleaciones de níquel. El gas del producto de singás consiste principalmente en hidrógeno y monóxido de carbono, pero otros gases como dióxido de carbono, metano, y nitrógeno, así como el vapor de agua estarán normalmente presentes. Los procesos
subsecuentes de conversión de agua y de purificación de hidrógeno dan lugar a la producción de hidrógeno de alta pureza. Es de interés particular la eficacia del proceso de reforma, y más particularmente del proceso de producción de hidrógeno, según se afectó por la eficacia de los sistemas de recuperación de calor.
La figura 1 muestra un diagrama esquemático simplificado de un proceso convencional de reforma con metano en vapor para producir hidrógeno que no usa un sistema de vapor de dos niveles. Tales procesos son bien conocidos. El proceso integra el proceso de reforma de gas de proceso con un sistema de vapor común para recuperar la energía térmica de los gases de combustión y de proceso. Un gas de alimentación de hidrocarburo presurizado (10), como el gas natural, mezclado opcionalmente con una pequeña cantidad de hidrógeno de producto, se alimenta a un precalentador (11), después a un sistema de pretratamiento (12), que normalmente consiste en un hidrotratador y un lecho de eliminación de óxido de zinc-azufre, y entonces a un precalentador de alimentación (15) donde se calienta por el gas combustible (16) que sale del reformador (18) antes de enviarse a los tubos llenados con catalizador en el reformador (18) para experimentar la reacción de reforma con vapor a temperaturas y presiones elevadas. El vapor a presión elevada se agrega al gas de alimentación (10) a través de la línea (14) mientras el gas de alimentación entra en el precalentador (15). El gas combustible
(FG, por sus siglas en inglés) calienta el vapor que sale del tambor de vapor de alta presión (36), diseñado comúnmente para operar a una presión de entre aproximadamente 600 psig y aproximadamente 1500 psig (aproximadamente 41 a 103 bar), a través del sobrecalentador (30) según se mostró. El FG continúa a la caldera de FG (32) y al precalentador de aire (34) antes de descargarse a la chimenea de combustible (35).
El gas de proceso (PG, por sus siglas en inglés) (19) se envía a la caldera de PG (20) para producir el vapor y después al reactor de conversión (21) para experimentar la reacción de conversión de agua para aumentar la concentración de hidrógeno. El PG que sale del reactor de conversión (21) se usa para calentar el gas de alimentación a través del precalentador (11) donde se enfría y se envía al calentador de BFW (40) para precalentar la BFW a las temperaturas cercanas a su punto de ebullición, (comúnmente 10 a 50°F (-12.22-10°C) al punto de ebullición de la BFW) y después al calentador de agua (41), comúnmente un calentador de agua desmineralizada, para precalentar el agua para el desaireador. El gas de proceso sale del calentador de agua (41), y se envía al primer separador (82) donde se elimina el agua condensada, después al sistema de enfriamiento (83), comúnmente un enfriador de aire seguido por un intercambiador de calor enfriado con agua, para reducir la temperatura del gas de proceso a casi temperatura ambiente, después al segundo separador (84) para eliminar el condensado
adicional. Después de dejar el segundo separador (84), el PG se envía a la PSA de hidrógeno (44) para separar el gas de hidrógeno de los otros gases de proceso para producir el gas de producto de hidrógeno (46). El gas residual de PSA y el combustible auxiliar (13) se mezclan para formar la corriente (17) y se envían a las hornillas ubicadas en el horno de SMR. El combustible mezclado formado por el gas de alimentación y el combustible auxiliar se queman en el aire precalentado del precalentador de aire (34) para proporcionar el calor necesario para realizar las reacciones de reforma endotérmica.
El sistema de vapor gestiona la recuperación y el uso de calor y proporciona el vapor al reformador, recupera el calor sensible del conducto de combustión y de los gases de proceso, así como el vapor de suministro a presiones elevadas para las aplicaciones fuera de los límites de suministro de SMR. El sistema de vapor se observa mejor por referencia a la figura 2 donde los elementos numerados coinciden con los elementos numerados en la figura 1. Todos los elementos numerados tendrán el mismo número designado para todas las figuras si el elemento es común en todos los procesos. El experto entenderá la integración de los procesos secundarios según se mostró en las figuras 2 a 4 en el proceso de reforma con metano en vapor mostrado en la figura 1.
Ahora con referencia a la figura 2, la BFW, una combinación del condensado frío del segundo separador (84) en la figura 1 y el
agua auxiliar (45), se calienta en el calentador de agua (41) y se envía al desaireador (50). El desaireador se usa para eliminar el aire y otros gases disueltos de la BFW antes de enviarse al calentador de BFW (40). Los desaireadores pueden ser unidades tanto de tipo bandeja como de tipo rocío. Otros tratamientos o pretratamientos de la BFW entrante o en circulación pueden también ocurrir en esta etapa. Después de un tratamiento en el desaireador (50), la BFW tratada o desaireada se presuriza por la bomba (52), y después se calienta en el calentador de BFW (40) para preparar una BFW de alta temperatura. La BFW de alta temperatura se alimenta al tambor de vapor de alta presión (36) y se vaporiza por la caldera de FG (32) y la caldera de PG (20) antes de enviarse al sobrecalentador (30) para convertir el vapor saturado al vapor seco. El vapor seco se envía a través de la línea (31) de regreso al proceso de reforma, se exporta a las aplicaciones fuera de los límites de suministro de SMR, o ambos según se mostró. Una porción del vapor saturado se despresuriza para el uso en el desaireador (50) según se mostró.
Las calderas de vapor son calderas de tubo de agua estándar según se conoció en la técnica. El tambor de vapor proporciona el agua a las calderas y separa el vapor de la mezcla de vapor-agua que regresa desde las calderas. Los tambores separan el agua saturada y el vapor saturado de acuerdo con una diferencia de densidad. Una pequeña porción del agua contenida en el tambor de vapor se elimina para controlar la acumulación de
contaminantes en la fase de agua del tambor. Esta corriente de purga (37) se despresuriza y se envía al separador (38). El vapor del separador (38) proporciona parte del vapor de baja presión necesario por el desaireador (50) mientras el líquido que contiene los contaminantes (líquido de purga) se envía normalmente a una planta para el tratamiento y/o el desecho.
La figura 3 muestra una interpretación del sistema de vapor de dos niveles del proceso de reforma de hidrocarburo en vapor del Número de Patente Norteamericana 7,377,951 que muestra generalmente la porción equivalente del sistema de vapor que coincide con la porción mostrada en la figura 2. Para el propósito de la comparación, solamente se discute parte del sistema. Además, se incluyen los elementos de bombeo que se requerirían según se determinó por el experto en la técnica. Con referencia a la figura 3, la BFW se calienta en el calentador (41) y se envía al desaireador (50) descrito como una unidad de tratamiento de BFW en la patente anterior. La BFW tratada y calentada se retira del desaireador (50), se divide en dos corrientes con la primera corriente (63) bombeada por una primera bomba (64) y se envía al calentador de BFW (40) para preparar el agua caliente de alta presión. El agua caliente de alta presión se envía al tambor de vapor de alta presión (36) y después se hierve en la caldera de FG (32) y en la caldera de PG (20). La segunda corriente (66) se presuriza por la segunda bomba (68) y se envía al tambor de vapor de baja presión (70) donde el vapor se genera en la caldera
de vapor de baja presión (caldera de LPS) (72). Opcionalmente, la segunda bomba (68) se puede eliminar al operar el desaireador (50) a presiones elevadas y al estar físicamente elevado con relación a la caldera de LPS (72). La caldera de LPS (72) obtiene el calor del gas de proceso y normalmente se ubica en la corriente de gas de proceso entre el calentador de BFW (40) y el calentador de agua (41), normalmente un calentador de agua desmineralizada, según se mostró en la figura 1. Debido a que la cantidad de vapor de baja presión (LP, por sus siglas en inglés) generado es relativamente baja, es frecuentemente posible integrar el tambor de vapor de baja presión (70) y la caldera de LPS (72) en una pieza única del equipo (no mostrada). El líquido de purga (73) se retira del tambor de vapor de LP (70) para prevenir la acumulación del contaminante debido al efecto de concentración asociado a la ebullición. Según se conoció en la técnica anterior, el vapor de LP se puede usar para una cantidad de propósitos como aquellos mostrados. De acuerdo con la figura 3, un propósito primario es proporcionar el vapor para desairear la BFW en el desaireador (50) para de tal modo sustituir el uso del vapor de alta presión despresurizado según se mostró en la figura 2. Puesto que más vapor de LP se puede entonces producir que es necesario para el desaireador (50), el calor contenido en el vapor de LP excesivo se puede usar para una cantidad de aplicaciones dentro del proceso de reforma o fuera del proceso de reforma, como; el calentamiento del gas residual de PSA según
se mostró por el intercambiador de calor (74) en la figura 3, calentar el aire antes de entrar al intercambiador de calor (34) mostrado en la figura 1, precalentar y/o vaporizar la nafta u otros líquidos ligeros de hidrocarburo que se pueden usar como alimentación al SMR.
La figura 4 muestra el sistema de vapor de dos niveles del proceso de reforma con hidrocarburo en vapor de la presente invención. Con referencia a la parte pertinente de la figura, la BFW se calienta en el calentador (41) y se envía al desaireador (50) para el tratamiento. La BFW tratada se elimina del desaireador (50) y se envía a la bomba (52) donde se bombea a una presión mayor de aproximadamente 300 psig (21 bar), y después se alimenta al calentador de BFW (40) y se calienta a una temperatura de aproximadamente el punto de ebullición de la BFW presurizada para preparar la BFW de alta presión y de alta temperatura. La temperatura variará con la presión del vapor de alta presión, pero será comúnmente de entre aproximadamente 400°F y 600°F (aproximadamente 150 a 300°C). De acuerdo con una característica importante de esta invención, sustancialmente la corriente completa de la BFW tratada que sale del desaireador (50) se envía a la bomba (52) y después al calentador de BFW (40). La BFW de alta presión que sale del calentador de BFW (40) se divide en dos líneas (42 y 43) en las cuales una primera porción de la BFW de alta presión se envía a través de la línea 42 al tambor de vapor de alta presión (36). El tambor de vapor de
alta presión está en comunicación fluida con la caldera de FG (32) y la caldera de PG (20) según lo convencional en la técnica. El tambor de vapor de alta presión, la caldera de FG y la caldera de PG se describen en la presente como la unidad de vapor de alta presión. La segunda porción de la BFW de alta presión se envía a través de la línea (43), se despresuriza a través de la válvula (48) para reducir la presión a entre aproximadamente 5 psig a aproximadamente 75 psig (0.4 a 5.2 bar), y después al tambor de vapor de LP (70). El tambor de vapor de LP (70) puede estar en comunicación fluida con y estar separado de la caldera de baja presión (72) según se mostró o puede ser una parte integral de la caldera, conocida comúnmente como una caldera hervidora (no mostrada), con el tambor y la caldera que son descritos en la presente como la unidad de vapor de baja presión. Según se mostró, un circuito de reciclaje de agua se puede usar para transferir el agua caliente desde el tambor de vapor de LP (70) a la caldera de LPS (72) y regresar una corriente mezclada de vapor y de agua nuevamente al tambor de vapor de LP (70) para la separación del vapor de LP del agua. El vapor de baja presión se envía al desaireador (50) a través de la línea (75) y al precalentador de TG (74). El condensado formado como resultado de calentar el gas residual de PSA, se calienta y se envía a la bomba (78) y nuevamente al tambor de vapor de LP (70). Alternativamente, el condensado del precalentador de TG (74) se puede regresar como condensado y mezclarse con otras
corrientes para la BFW enviada al calentador (41) (no mostrada). El precalentador de TG calienta el gas residual que sale de la unidad de PSA (44) mostrada en la figura 1 y se ubica generalmente antes del punto donde el combustible auxiliar (13) se agrega a TG para formar el combustible de reformar (17).
Una ventaja del sistema de vapor de dos niveles de la invención es que la calidad del agua usada en el circuito de vapor de baja presión no necesita cumplir los mismos estándares que son necesarios comúnmente para el circuito de vapor de alta presión. Las calderas de vapor de baja presión o las calderas hervidoras pueden tolerar niveles más altos de dureza y aproximadamente 10 veces los niveles de sílice en el agua de alimentación, entonces sería recomendado para las calderas de alta presión. Las figuras 3 y 4 incluyen una corriente de purga (73) del tambor de vapor de LP (70) que tiene una función primaria de asegurar que la calidad del agua dentro del circuito de vapor de baja presión cumpla los niveles aceptables.
La figura 5 muestra que una modalidad alterna de la presente invención usa una corriente de purga (descarga) desde el tambor de vapor de alta presión para proporcionar el agua auxiliar para el circuito de vapor de baja presión. Con referencia a la figura 5, la corriente (37) realiza la función según se discutió anteriormente con respecto a la figura 2 y proporciona el agua caliente necesaria para compensar las pérdidas asociadas con los usos del vapor de LP, es decir, al proporcionar el vapor al
desaireador. La cantidad de agua que fluye a través de la corriente (37) en esta modalidad es mayor que la purga requerida en la configuración mostrada en la figura 2. Por lo tanto, se puede reducir la calidad del agua necesaria para preparar el vapor de alta presión. Puesto que la corriente (37) se satura con el vapor de agua a la presión del tambor de vapor de alta presión (36), cuando la corriente (37) se despresuriza a través de la válvula (79), se forma un poco de vapor de LP. Esta corriente mezclada (vapor saturado y agua saturada) se alimenta al tambor de vapor de LP (70) junto con otra corriente de reciclaje como el vapor de gas residual de PSA enviado a través del precalentador de TG (74) que también se muestra alimentado al tambor de vapor de LP (70) a través de la corriente (37), el tambor de vapor de LP separa el vapor saturado del líquido saturado y da lugar a la eliminación del separador (38) que se requiere para los sistemas de vapor descritos previamente.
El calor contenido en el líquido de purga se recupera raramente debido a que el contenido energético no justifica los requisitos de capital. Puesto que el circuito de vapor de baja presión puede funcionar con agua de baja calidad, la purga total será menor que en las configuraciones mostradas en las figuras 3 y 4 y se reducirán los requisitos de agua para el proceso y las pérdidas de temperatura asociadas al líquido de purga.
La siguiente tabla 1 resume el funcionamiento del diseño de SMR según se mostró en las figuras 1-5. La designación de figura
1/x se usa para representar la integración de los sistemas de vapor individuales mostrados en las figuras 2-5 en el proceso completo según se mostró en la figura 1. La eficacia de cada diseño se basa en el gas natural neto alimentado a la planta dividida entre el hidrógeno producido. El gas natural neto usado en el cálculo es el índice de gas natural total para el proceso menos el gas natural que se requiere para producir el vapor exportado por el proceso. Cada diseño que implica la producción del vapor de baja presión muestra un uso de gas natural total menor que el diseño convencional de la técnica anterior. En las simulaciones que corresponden a las figuras 1/2 a 1/4, esencialmente las cantidades equivalentes del vapor exportado disponible se producen como en los diseños de la técnica anterior. Por lo tanto, la diferencia de eficacia se debe solamente a la reducción del gas natural alimentado al proceso. El vapor de baja presión en cada caso se usa para desairar la BFW y precalentar el gas residual de PSA. La caldera de LPS del diseño en la figura 1/4 tiene un rendimiento de transferencia de calor que es aproximadamente 12% menor que la técnica anterior (figura 1/3) mientras el diseño de la figura 1/5 tiene un rendimiento que es aproximadamente 6% menor que la técnica anterior (figura 1/3). El rendimiento de la transferencia de calor es directamente proporcional al área superficial de la caldera de baja presión que, a su vez, es proporcional al costo de la caldera. El rendimiento del vapor de LP es la cantidad de energía que necesita
transferirse al intercambiador de calor (72) para lograr la producción de vapor de bajo nivel necesaria para proporcionar el vapor para el desaireador y para calentar el gas residual de PSA. Puesto que el gas de proceso que sale del calentador de BFW (40) es el mismo en cada caso y puesto que la temperatura de vapor de LP es la misma en cada uno de los casos, el rendimiento de LPS es directamente proporcional al área de transferencia de calor de la caldera de LPS (72)
Tabla 1
Debe ser evidente para los expertos en la técnica que la presente invención no está limitada por las simulaciones o por la descripción proporcionada en la presente que se han proporcionado para demostrar simplemente las ventajas y la operabilidad de la presente invención. El alcance de esta invención incluye las modalidades, modificaciones, y variaciones equivalentes que se encuentran dentro del alcance de las reivindicaciones anexadas.
Claims (13)
1. Un proceso para la reforma con vapor de los hidrocarburos para producir el hidrógeno al usar un reformador, un reactor de conversión de agua, y una PSA de hidrógeno y que incorpora un sistema integrado de vapor para procesar el agua de alimentación de caldera y el vapor, el sistema de vapor está en comunicación fluida con el proceso para la reforma con vapor, el proceso comprende: calentar el agua de alimentación de caldera para formar un agua de alimentación de caldera calentada; desairar el agua de alimentación de caldera calentada para preparar un agua de alimentación de caldera tratada; presurizar el agua de alimentación de caldera tratada para preparar un agua de alimentación de caldera presurizada; calentar sustancialmente el toda el agua de alimentación de caldera presurizada a aproximadamente la temperatura de ebullición para producir un agua de alimentación de caldera de alta presión calentada; separar el agua de alimentación de caldera de alta presión calentada en por lo menos una primera porción y una segunda porción; alimentar la primera porción del agua de alimentación de caldera de alta presión calentada a una unidad de vapor de alta presión para preparar el agua de alimentación de caldera saturada para producir el vapor de alta presión; alimentar la segunda porción del agua de alimentación de caldera de alta presión calentada a una unidad de vapor de baja presión para preparar un vapor de baja presión; y enviar por lo menos la parte del vapor de baja presión y del vapor de alta presión a una o más aplicaciones dentro del proceso para la reforma con vapor o fuera del proceso para la reforma con vapor.
2. El proceso de la reivindicación 1 donde el agua de alimentación de caldera de alta presión calentada se despresuriza antes de ir a la unidad de vapor de baja presión.
3. El proceso de la reivindicación 2, donde la unidad de vapor de baja presión comprende un tambor de vapor de baja presión en comunicación fluida con una caldera de vapor de baja presión .
4. El proceso de la reivindicación 3, donde un circuito de reciclaje de agua se usa para transferir el condensado caliente desde el tambor de vapor de baja presión a la caldera de vapor de baja presión y una corriente mezclada de vapor y de agua se regresa al tambor de vapor de baja presión para la separación del vapor de baja presión del agua.
5. El proceso de la reivindicación 4, donde una primera porción del vapor de baja presión se envía al desaireador y una segunda porción del vapor de baja presión se envía a un precalentador de gas residual de PSA donde el condensado formado como resultado de calentar el gas residual de PSA se bombea de regreso a la unidad de vapor de baja presión.
6. El proceso de la reivindicación 1, donde la unidad de vapor de alta presión comprende un tambor de vapor de alta presión en comunicación fluida con una caldera de gas combustible y una caldera de gas de proceso.
7. El proceso de la reivindicación 1, donde una corriente de descarga del tambor de vapor de alta presión se usa para proporcionar el agua auxiliar para la unidad de vapor de baja presión.
8. Un proceso para la reforma con vapor de los hidrocarburos que tiene un sistema integrado de agua y de vapor, donde el agua de alimentación de caldera se desairea para formar un agua de alimentación de caldera desaireada, se presuriza, y después se calienta para formar un agua caliente de alta presión, donde la mejora comprende enviar sustancialmente toda la corriente de agua de alimentación de caldera desaireada a una sola unidad de presurización, presurizar el agua de alimentación de caldera desaireada para formar un agua de alimentación de caldera presurizada, calentar el agua de alimentación de caldera presurizada para preparar el agua caliente de alta presión, dividir el agua caliente de alta presión en por lo menos una primera porción y una segunda porción, enviar la primera porción del agua caliente de alta presión a la unidad de vapor de alta presión para preparar el vapor de alta presión, y despresurizar la segunda porción del agua caliente de alta presión y enviarla a una unidad de vapor de baja presión para preparar el vapor de baja presión.
9. Un sistema de reforma con vapor que usa el proceso de la reivindicación 1.
10. Un sistema para la reforma con vapor de los hidrocarburos para producir el hidrógeno al usar un reformador, un reactor de conversión de agua, y una PSA de hidrógeno y que incorpora un sistema integrado de vapor para procesar el agua de alimentación de caldera y el vapor, el sistema de vapor comprende: proporcionar en comunicación fluida con el proceso para la reforma con vapor, un calentador de agua, un desaireador, un calentador de agua de alimentación de caldera, una unidad de vapor de baja presión, una unidad de vapor de alta presión, y un sobrecalentador; enviar el agua de alimentación de caldera a un calentador de agua, calentar el agua de alimentación de caldera y alimentar el agua de caldera a un desaireador para preparar un agua de alimentación de caldera tratada; presurizar sustancialmente toda la corriente de agua de alimentación de caldera tratada a una presión superior a aproximadamente 300 psig (20.68 bar) para preparar un agua de alimentación de caldera presurizada; alimentar el agua de alimentación de caldera presurizada al calentador de agua de alimentación de caldera, calentar el agua de alimentación de caldera presurizada a aproximadamente la temperatura de ebullición para producir un agua de alimentación de caldera de alta presión calentada; alimentar por lo menos una porción del agua de alimentación de caldera de alta presión calentada a una unidad de vapor de alta presión para preparar el vapor de alta presión; enviar una corriente de agua de descarga desde la unidad de vapor de alta presión a la unidad de vapor de baja presión; preparar el vapor de baja presión en la unidad de vapor de baja presión y enviar por lo menos parte del vapor de baja presión al desaireador; y enviar por lo menos parte del vapor de alta presión y parte del vapor de baja presión para el uso en una o más aplicaciones dentro del proceso para la reforma con vapor o fuera del proceso para la reforma con vapor,
11. El sistema de la reivindicación 10, donde la corriente de descarga se despresuriza antes de entrar a la unidad de vapor de baja presión.
12. El sistema de la reivindicación 10, donde el vapor de baja presión se usa para una o más aplicaciones seleccionadas para calentar el gas residual de PSA, calentar el aire de alimentación, y precalentar la nafta u otros líquidos ligeros de hidrocarburo usados como alimentación a la unidad de reforma con vapor.
13. Un proceso que usa el sistema de la reivindicación 10.
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