DISPOSITIVO Y MÉTODO PARA PROPORCIONAR ÜN FLUJO DE HIDROGENO
PURO PARA UTILIZARSE CON CELDAS DE COMBUSTIBLE
CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a un proceso generador de hidrógeno y, más particularmente, a un reactor reformador híbrido que es adecuado para utilizarse como sistema de generación de hidrógeno o como sistema de generación de energía eléctrica al utilizarse en conjunto con una celda de combustible. ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN El uso de celdas de combustible para generar energía eléctrica para electricidad o para impulsar un vehículo de transportación se basa en la generación de hidrógeno. Dado que es difícil almacenar y distribuir hidrógeno, y dado que el hidrógeno posee una baja densidad de energía volumétrica en comparación a combustibles como gasolina, es necesario producir el hidrógeno a utilizarse en las celdas de combustible en un punto cercano a la celda de combustible, en vez de producirse en una instalación centralizada de refinería y distribuirse como gasolina. Para ser efectiva, la generación de hidrógeno para celdas de combustible debe ser más pequeña, simple y económica que las plantas de hidrógeno para la generación de gases industriales. Además, los generadores de hidrógeno para utilizarse con celdas de combustible deberán ser integradas con la operación de la celda de combustible, y ser lo suficientemente flexible para proporcionar eficientemente una cantidad variable de hidrógeno conforme varía la demanda de energía eléctrica de la celda de combustible. El hidrógeno se produce ampliamente para propósitos químicos e industriales al convertir materiales como hidrocarburos y metanol en un proceso de reformación para producir un gas de síntesis . Esta producción generalmente tiene lugar en grandes instalaciones cuya producción raramente es apagada más de unos cuantos días por año. Además, la operación de las instalaciones de producción de hidrógeno industrial con frecuencia se integran a instalaciones asociadas para mejorar el uso de energía para el complejo general. Gas de síntesis es el nombre que generalmente se da a una mezcla gaseosa que comprende principalmente monóxido de carbono e hidrógeno, pero que posiblemente también contiene bióxido de carbono y cantidades menores de metano y nitrógeno. Se utiliza, o es potencialmente útil, como materia prima en una variedad de procesos químicos a gran escala, como por ejemplo: la producción de metanol, la producción de hidrocarburos con el rango de ebullición de la gasolina mediante el proceso de Fischer-Tropsch, y la producción de amoniaco. Los procesos para la producción de gases de síntesis son bien conocidos, y en general comprenden la reformación de vapor, reformación autotérmica, oxidación parcial no catalítica de hidrocarburos ligeros, u oxidación parcial no catalítica de cualquier hidrocarburo. De estos métodos, generalmente se utiliza la reformación de vapor para producir gases de síntesis para convertirse en amoniaco o metanol. En tal proceso, se disocian moléculas de hidrocarburos para producir una corriente gaseosa rica en hidrógeno. Un documento titulado "Will Developing Countries Spur Fuel Cell Surge?", por Rejinder Singh, que apareció en la edición de marzo de 1999 de la revista Chemical Engineering Progress , página 59-66, presenta una discusión de los desarrollos de la celda de combustible y métodos para producir hidrógeno para utilizarse con celdas de combustible. El articulo señala en particular que el proceso de oxidación parcial es un proceso rápido que permite reactores pequeños, un arranque rápido y una rápida reacción a cambios en la carga, en tanto que la reformación de vapor es un proceso lento que requiere de un gran reactor y largos tiempos de reacción, pero que opera con alta eficiencia térmica. El artículo resalta un proceso híbrido que combina la oxidación parcial y la reformación de vapor en una zona de reacción única, como se revela en US-A-4, 522, 894. Se han propuesto modificaciones para los simples procesos de reformación de vapor, para mejorar la operación del proceso de reformación de vapor. En particular, se ha sugerido mejorar la eficiencia energética de los procesos en donde el calor disponible de los productos de un paso de reformación secundario es utilizado para otros propósitos dentro del proceso de producción de gas de síntesis . Por ejemplo, en US-A-4, 479, 925 se describen procesos en donde el calor de los productos de un reformador secundario se utilizan para proporcionar calor a un reformador primario. La reacción de reformación se expresa mediante la siguiente fórmula: CH4 + 2H20 ? 4H2 + C02 donde la reacción en el reformador y la reacción en el convertidor de desplazamiento quedan respectivamente expresadas en las siguientes fórmulas simplificadas (1) y (2) : CH4 + H2Q CO + 3H2 (1) CO + HzO H2 + C02 (2) En el convertidor de desplazamiento de vapor de agua que típicamente sigue un paso reformador, la fórmula (2) es representativa de la reacción principal. US-A-4, 925, 56 revela un proceso y dispositivo para la producción de gas de síntesis que utiliza una pluralidad de cambiadores de calor de doble tubería para reformación primaria en un proceso de reformación primario y secundario combinado. La zona reformadora primaria comprende cuando menos un reactor-cambiador de calor de doble tubería, y el catalizador de reformación primaria está colocado ya sea en el núcleo central o en su parte anular. Esta invención está además caracterizada en que el efluente del reformador secundario es hecho pasar por el núcleo central o la parte anular, cualquiera de estos que no contenga el catalizador reformador primario en contracorriente a la corriente de gases que contienen hidrocarburos . US-A-5, 181, 937 revela un sistema para reformación de vapor de hidrocarburos en un gas rico en hidrógeno que comprende un dispositivo reformador convectivo. El dispositivo reformador convectivo comprende un compartimento de capa exterior para transportar uniformemente un fluido calentado hacia y desde un ensamblaje de núcleo dentro de la capa exterior. El ensamblaje de núcleo consiste en una multiplicidad de conductos tubulares que contienen un catalizador sólido para entrar en contacto con una mezcla de alimentación abierta a la trayectoria del flujo de mezcla alimentadora, de manera que la trayectoria del flujo de mezcla alimentadora es separado del flujo de fluido calentador en la capa exterior. En el proceso, un reformador autotérmico reforma completamente el efluente parcialmnte reformado (reformador primario) que proviene del ensamblaje de núcleo, y suministra calor al ensamblaje de núcleo al pasar el efluente totalmente reformado a través de la capa exterior del dispositivo reformador convectivo.
US-A-5, 595, 833 revela un proceso y dipositivo para operar una pila de celdas de combustible de óxidos sólidos, e incluye un pre-reformador adiabático para convertir aproximadamente del 5 al 20% del combustible de hidrocarburos en metano, hidrógeno y óxidos de carbono. En el arranque, se utiliza el pre-reformador para realizar oxidación parcial con metanol para calentar la pila de combustible de óxidos sólidos a una temperatura de aproximadamente 1,000°C. Cuando la temperatura de la región del pre-reformador alcanza unos 500°C, se termina el flujo de metanol. WO 97/45887 revela un ensamblaje hidrodesulfurizador que está térmicamente acoplado con cambiadores de calor de gases de proceso y un convertidor de desplazamiento. El ensamblaje hidrodesulfurizador se utiliza para enfriar el efluente reformador antes de hacer pasar el efluente de reformador enfriado hacia la zona del convertidor de desplazamiento. WO 98/13294 revela un proceso para extraer monóxido de carbono de una corriente de gases al someter la corriente de gas a una primera etapa de metanación catalítica selectiva de altas temperaturas para reducir la concentración de monóxido de carbono, seguido de una segunda etapa de metanación catalítica selectiva de bajas temperaturas para reducir aún más la concentración de monóxido de carbono residual en la corriente de gas a una concentración de monóxido de carbono de menos de 40 partes por millón. US-A-4,943,493 revela una planta de energía de celdas de combustible que integra la operación de un reformador para convertir un combustible de hidrocarburos en un combustible rico en hidrógeno que es hecho pasar al otro lado de una celda de combustible. Se extrae una porción de la corriente de escape del ánodo de la celda de combustible y es hecha pasar a una zona de quemador donde la corriente de gases de escape del ánodo se mezcla con una corriente oxidante y se quema para proporcionar calor al reformador. US-A-5, 943, 493 revela el problema de dar seguimiento y controlar la temperatura de llamas en la zona del quemador, y reclama un enfoque indirecto para mantener la temperatura de la llama dentro de un rango que resulta en la combustión completa del combustible, y evita una llama de temperatura demasiado elevada que pudiera exceder la resistencia a la temperatura de los materiales de revestimiento del quemador. La referencia revela el control de la composición del gas del quemador al eludir una porción del gas de escapes del ánodo para mantener una temperatura adiabática de llamas de entre aproximadamente 1,150°C y aproximadamente 1,480°C, con lo que la transferencia de calor hacia la zona de reformación ocurren en la región radiante para proporcionar una operación de reformación de vapor de alta eficiencia. US-A-4, 861, 348 revela un dispositivo reformador de combustible donde el calor para la zona de reformación es proporcionada por un combustor. Las llamas formadas dentro de la zona de combustión generan un gas de combustión de alta temperatura. El dispositivo incluye una capa aislante de calor para impedir pérdidas de calor por radiación del gas de combustión, y un pasaje de gas de combustión dispuesto alrededor de la zona de reformación para permitir que el gas de combustión fluya a través de éste. Se precalienta una mezcla de hidrocarburos y vapor al fluir por el exterior del pasaje de gas de combustión en un pasaje de suministro antes de que la mezcla pase a la zona de reformación. Se proporciona aislamiento al calor como una capa exterior dispuesta alrededor de la superficie periférica exterior del pasaje de suministro para impedir la pérdida de radiación desde la pared interior. En una modalidad, se dispone catalizador reformador en el exterior del pasaje de gas de combustión en el pasaje de suministro para extender la zona de reformación. US-A-4, 863,712 revela un proceso reformador de vapor donde se hace reaccionar una materia prima de hidrocarburo, como metano, gas natural, LPG o nafta con vapor o bióxido de carbono en presencia de un catalizador soportado como níquel o cobalto. El calor necesario para la reacción endotérmica es suministrado desde el calor sensible de los reactivos o desde una fuente de calor externa. La salida del reformador se mantiene en el rango de 700 a 900°C o más. US-A-4, 869, 894 revela un proceso para la producción y recuperación de hidrógeno de alta pureza. El proceso comprende hacer reaccionar una mezcla de gases ricos en metano en una zona reformadora primaria a una baja proporción molar de metano contra vapor de hasta aproximadamente 2.5 para producir un reformado primario, seguido de hacer reaccionar el reformado primario en una zona reformadora secundaria con oxígeno para producir un reformado secundario, que comprende hidrógeno y óxidos de carbono. El reformado secundario es sujeto a reacción de desplazamiento de vapor de agua de alta temperatura para reducir la cantidad de monóxido de carbono en el producto rico en hidrógeno. El producto rico en hidrógeno es enfriado y procesado en una zona de adsorción de oscilación de vacío para eliminar el bióxido de carbono y producir una corriente de hidrógeno de alta pureza. WO 98/08771 revela un aparato y método para convertir corrientes alimentadoras como combustibles de hidrocarburos o un alcohol en hidrógeno y bióxido de carbono. El proceso comprende hacer pasar la corriente alimentadora a una zona de reacción de oxidación parcial para producir un efluente de oxidación parcial. El efluente de oxidación parcial es hecho pasar a una zona de reacción reformadora de vapor separada. La zona de reacción de oxidación parcial y la zona de reacción reformadora de vapor están dispuestas en un primer recipiente . Se extiende un tubo helicoidal alrededor del primer recipiente, y un segundo recipiente está dispuesto anularmente alrededor del primer recipiente, de manera que el tubo helicoidal está dispuesto entre los recipientes primero y segundo. El tercer recipiente está anularmente dispuesto alrededor del segundo recipiente. Se precalienta oxígeno en el tubo helicoidal mediante calor de la reacción de oxidación parcial antes de hacerlo pasar a la zona de oxidación parcial. El reformado de la zona de reacción de reformación de vapor es hecho pasar entre los recipientes primero y segundo, y es sujeto a una reacción de desplazamiento de alta temperatura para reducir el contenido de monóxido de carbono de la corriente reformada. La corriente de reformados así tratada es desulfurizada, enfriada y sometida a una reacción de desplazamiento de baja temperatura. US-A-5, 741, 474 revela un proceso para producir hidrógeno de alta pureza al reformar un hidrocarburo que contiene átomos de hidrocarburos y/o oxígeno para formar un gas reformado que contiene hidrógeno, y hacer pasar el gas reformado a través de una membrana separadora de hidrógeno para recuperar selectivamente hidrógeno. El proceso comprende los pasos de calentar una cámara reformadora, alimentar hidrocarburos con aire o vapor hacia la cámara y causando ahí reformación de vapor y oxidación parcial para producir un gas reformado. El gas reformado es hecho pasar a través de una membrana separadora para recuperar una corriente de hidrógeno de alta pureza y se quema la corriente no permeada para proporcionar calor a la cámara de reformación. US-A-5, 858,314 revela un reformador de gas natural que comprende una pila de placas catalizadoras que soportan un catalizador de reformación y una pluralidad de placas térmicamente conductoras alternativamente apiladas para formar una estructura reformadora, donde las placas conductoras transfieren energía calórica en el plano, a través de la superficie de la placa conductora para soportar el proceso reformador. Las plantas reformadoras convencionales de vapor son capaces de lograr altas eficiencias mediante la integración de procesos; es decir, recuperando calor de las corrientes de proceso que requieren de enfriamiento. En la planta a gran escala convencional esto ocurre en grandes cambiadores de calor con alta eficiencia térmica y complejos esquemas de control. En la presente invención, se desea para la producción de hidrógeno para celdas de combustible alcanzar un alto grado de integración de procesos con un mínimo de equipo, con el fin de recudir el tamaño de las plantas y la complejidad del esquema de control. US-A-5,861,441 revela un proceso que es representativo de tal esquema de procesado integrado para grandes plantas con compresión y cambiador de calor integrado. Es un objeto de la presente invención proporcionar un aparato compacto para generar hidrógeno de combustibles disponibles como gas natural, hidrocarburos y alcoholes para usarse en una celda de combustible para generar energía eléctrica. Uno de los problemas enfrentados por los diseñadores de generadores de hidrógeno que funcionan con celdas de combustible para usos domésticos y de transporte es el alto costo de exóticos materiales de construcción que son necesarios para resistir las altas temperaturas de reacción de los procesos de reformación y oxidación parcial. Es un objetivo de la presente invención proporcionar un generador de hidrógeno para convertir gas natural en hidrógeno que puede operarse sin exceder una temperatura de proceso de 700°C en el equipo cambiador de calor, y por consiguiente puede construirse a partir de materiales convencionales . Las celdas de combustible son fuentes de energía química en donde se genera energía eléctrica en una reacción química. La celda de combustible más común se basa en la reacción química entre un agente reductor como hidrógeno, y un agente oxidante como oxígeno. El consumo de estos agentes es proporcionar a la carga de energía. Los polímeros con altas conductividades protónicas son útiles como membranas de intercambio de protones (PEM) en celdas de combustible. Un de las primeras PEM fueron los poliestirenos sulfonados entrelazados. Más recientemente se han considerado polímeros de fluorocarburos sulfonados . Estas PEM fueron descritas en un artículo titulado "New Hydrocarbon Protón Exchange Membranes Bases on Sulfonated Styrene-Ethylene/Butylene-Styrene Triblock Copolymers" por G.E. Wnek, J.N. Rider, J.M. Serpico, A. Einset, S.G. Ehrenberg y L. Raboin, presentado en la memoria de la Sociedad Electroquímica (1995), Volumen 95-23, páginas 247 a 251. Es un objeto de la presente invención resolver algunos de los problemas asociados con sistemas a pequeña escala para producir hidrógeno para celdas de combustible, proporcionar métodos simplificados para producir hidrógeno para una celda de hidrógeno, proporcionar métodos simplificados para producir hidrógeno para una celda de combustible, proporcionar métodos simples y eficientes para controlar el sistema de generación de hidrógeno asociado con una celda de combustible, y proporcionar un aparato para la generación de hidrógeno que permita la reducción de la escala de las instalaciones de generación de hidrógeno sin una correspondiente pérdida de eficiencia. Es un objetivo de la presente invención proporcionar un proceso para utilizar los gases de escape del ánodo como combustible primario para la generación de hidrógeno para una celda de combustible donde las fluctuaciones en el ritmo de flujo de gases de escape del ánodo y el valor de calentamiento son administrados en el proceso para mantener una eficiencia de energía en general alta. Es un objetivo de la presente invención proporcionar un sistema integrado de celda de combustible y productor de hidrógeno que sea eficiente respecto a la energía y el hidrógeno. Más particularmente, es un objetivo de la presente invención proporcionar un proceso que se inicia rápidamente y también opera a un nivel de eficiencia que se acerca al de la operación de un reformador de vapor. Es un objetivo de la presente invención proporcionar un proceso para la generación de hidrógeno para el uso en una celda de combustible que ofrece un alto grado de flexibilidad de alimentación y que elimina el uso de un combustible externo separado. Es un objetivo de la presente invención proporcionar un proceso que evita el reciclado térmico del equipo de transferencia de calor en un generador de hidrógeno para una celda de combustible para la generación de electricidad. El reciclado térmico en cambiadores de calor y reactores puede producir un efecto nocivo en tal equipo y resulta en fallas prematuras del equipo. En la operación de las celdas de combustible la demanda de electricidad es generalmente no constante, lo que resulta en la reducción del equipo generador de hidrógeno. Típicamente las proporciones de reducción son muy grandes respecto a la diaria fluctuación de la demanda de energía eléctrica. Además, estos sistemas muchas veces experimentan variaciones en le suministro calidad de materias primas y combustibles consumidos en el procesos, lo que puede imprimir un ciclo térmico al equipo cambiador de calor. Estos reciclados térmicos pueden dañar soldaduras, lo que puede comprometer la seguridad de la operación del equipo generador de hidrógeno. SUMARIO DE LA INVENCIÓN El proceso compacto de generación de hidrógeno de la presente invención resuelve varios problemas para opera estos sistemas de producción de hidrogenación junto co celdas de combustible para la generación de energí eléctrica. La integración de generación de hidrógeno co sistemas de celdas de combustible para generar electricida deben cumplir una demanda eléctrica que es en genera transitoria. Satisfacer estas demandas transitorias result en la operación transitoria del generador de hidrógeno, que requiere un rápido arranque o flujo para la generación d hidrógeno, puesto que el hidrógeno no puede ser almacenado. Durante el arranque o flujo rápido, el equipo cambiador d calor puede sufrir reciclado térmico. La presente invenció elimina significativamente el reciclado térmico en tanto qu evita el uso de complejos esquemas de control y metalurgias exóticas para producir un sistema generador de hidrógen integrado a una celda de combustible. Además, el procesado de combustible de la presente invención es aplicable a un amplia variedad de tipos de celdas de combustible incluyendo membranas de intercambio de protones, óxidos sólidos y otros. La presente invención puede lograr eficiencias de energía generales de hasta aproximadamente 85% que son comparables a reformación de vapor, pero sin los problemas de arranque lento en general asociados con los generadores de hidrógeno de reformación de vapor. El dispositivo de la presente invención puede utilizarse en combinación con equipo de purificación de hidrógeno como adsorción por oscilación de presión, adsorción por oscilación de temperatura, absorción, destilación criogénica, quimiosorción o membranas para proporcionar hidrógeno de alta pureza para aplicaciones comerciales a pequeña escala. En una modalidad, la presente invención es un proceso para producir energía eléctrica a partir de materias primas de hidrocarburos . El proceso comprende una serie de pasos. La materia prima de hidrocarburos y el vapor son hechos pasar a una zona de pre-reformación calentada por convección a una temperatura de pre-reformación para producir un efluente pre-reformador. El efluente pre-reformador y una primera corriente de aire son pasadas a una zona de oxidación parcial en una cámara de reacción para producir un efluente de oxidación parcial. El efluente de oxidación parcial es hecho pasar a una zona de reformación dispuesta en la cámara de reacción para producir un efluente reformador que comprende hidrógeno y monóxido de carbono. El efluente reformador a una temperatura de salida de reformación es hecho pasar a una zona de reducción de monóxido de carbono para producir un producto de hidrógeno. El producto de hidrógeno es hecho pasar a una zona de celdas de combustible para producir energía eléctrica. Un gas de escape de ánodo que comprende hidrógeno es extraído de la zona de celdas de combustible y quemado con una segunda corriente de aire para proporcionar una corriente de gases de escape a una temperatura de gases de escape, y calentar la zona de pre-reformación con la corriente de gases de escape en una zona cambiadora de calor que posee un perfil de temperatura de estado estable. Las materias primas de hidrocarburos procesadas en el proceso pueden incluir gas natural, LPG o nafta. En otra modalidad, la presente invención es un proceso para la generación de hidrógeno a partir de materias primas de hidrocarburos para utilizarse en un sistema de celdas de combustible para la generación de energía eléctrica. El proceso comprende una serie de pasos integrados. Se hace pasar la materia prima de hidrocarburos a un módulo de preparación para producir una materia prima condicionada. La materia prima condicionada es hecha pasar a una zona de pre-reformación que contiene un catalizador de pre-reformación. La zona de pre-reformación está en íntimo contacto térmico con una primera zona de cambio de calor que posee un perfil de temperatura de estado estable para producir una corriente de efluente pre-reformador que comprende hidrógeno, monóxido de carbono, bióxido de carbono y agua. La corriente de efluente pre-reformador a condiciones de oxidación parcial efectivas es hecha pasar a una zona de oxidación parcial que contiene un catalizador de oxidación parcial. En la zona de oxidación parcial, el efluente de pre-reformación entra en contacto con una primera corriente de aire para producir una corriente de efluente de oxidación parcial. La corriente de efluente de oxidación parcial a condiciones efectivas de reformación es hecha pasar a una zona de reformación. La zona de reformación contiene un catalizador reformador que produce una corriente de efluente de reformación. La corriente de efluente de reformación es extraída de la zona de reformación a una temperatura de salida de reformación. La corriente de efluente de reformación y una primera corriente de agua son pasadas a una zona de reacción de desplazamiento de vapor de agua que contiene cuando menos una zona de catalizador de desplazamiento de gas y agua. La zona de reacción de desplazamiento gas y agua está en íntimo contacto térmico con una segunda zona de transferencia de calor que posee un perfil de temperatura de estado estable para enfriar la zona de reacción de desplazamiento de gas y agua mediante transferencia de calor indirecta a condiciones efectivas de desplazamiento de gas y agua para producir una corriente de producto de hidrógeno que comprende hidrógeno, monóxido de carbono, bióxido de carbono y agua. La corriente de producto de hidrógeno es hecha pasar a un lado de ánodo de una zona de celda de combustible. La zona de celda de combustible posee un lado de cátodo en el que se hace contacto con una corriente que contiene oxígeno para producir energía eléctrica, y del lado del ánodo se extrae un gas de escapa de ánodo que comprende hidrógeno. El gas de escape del ánodo es devuelto a la zona del quemador, donde el gas de escape del ánodo entra en contacto con una cantidad suficiente de una segunda corriente de aire para quemar el gas de escape del ánodo para producir una corriente de gases de escape a temperatura de gas de escape. La corriente de gases de escape son hechas pasar a la primera zona de intercambio de calor para calentar la zona de pre-reformación a las condiciones efectivas de pre-reformación. En otra modalidad, la presente invención es un proceso de generación de hidrógeno a partir de una materia prima de hidrocarburo para utilizarse en un sistema de celda de combustible para generación de energía eléctrica. El proceso comprende una serie de pasos . La materia prima de hidrocarburos es hecha pasar a un módulo de preparación para producir una materia prima condicionada. La materia prima Condicionada es hecha pasar a una zona de pre-reformación que contiene un catalizador de pre-reformación. La zona de pre- reformación está en íntimo contacto térmico con una primera zona de intercambio de calor que posee un perfil de temperatura de estado estable para calentar la zona de pre- reformación mediante convección para producir una corriente de efluente de pre-reformación que comprende hidrógeno, monóxido de carbono, bióxido de carbono y agua. La corriente de efluente de pre-reformación a condiciones efectivas de oxidación parcial es echa pasar a una zona de oxidación parcial que contiene un catalizador de oxidación parcial y ahí la corriente de efluente de pre-reformación es puesta en
- contacto con una primera corriente de aire a un primer régimen de aire para producir una corriente de efluente de oxidación parcial. La corriente de efluente de oxidación parcial a condiciones efectivas de reformación es hecha pasar a una zona de reformación que contiene un catalizador de reformación para producir una corriente de efluente de reformación. La corriente de efluente de reformación es extraía de la zona de reformación a una temperatura de salida de reformación. La corriente de efluente de reformación y una primera corriente de agua son hechas pasar a una zona de reacción de desplazamiento de gas y agua que contiene cuando menos una zona de catalizador de desplazamiento de gas y agua. La zona de reacción de desplazamiento de gas y agua está en íntimo contacto térmico con una segunda zona de transferencia de calor que posee un perfil de temperatura de estado estable con una segunda zona de transferencia de calor que posee un perfil de temperatura de estado estable para enfriar la zona de reacción de desplazamiento de gas y agua a condiciones efectivas de desplazamiento efectivo de gas y agua para producir una corriente de producto de hidrógeno. La corriente de producto de hidrógeno comprende hidrógeno, monóxido de carbono, bióxido de carbono y agua. La corriente de producto de hidrógeno es hecha pasar a una zona de adsorción por oscilación de presión o zona de adsorción por oscilación de temperatura para producir una corriente de hidrógeno de alta pureza que comprende entre el 95 y el 99.999% molar de hidrógeno y una corriente de gases de escape de separación que comprende hidrógeno y óxidos de carbono. La corriente de producto de hidrógeno de alta pureza es hecha pasar a otro lado de una zona de celda de combustible. La celda de combustible posee un lado de cátodo donde se hace contacto con una corriente que contiene oxigeno para producir energía eléctrica. Se extrae un gas de escape del ánodo que comprende hidrógeno del lado de ánodo de la celda de combustible. El gas de escape del ánodo y la corriente de gases de escape de separación son devueltos a una zona de quemador donde el gas de escape del ánodo entra en contacto con una cantidad suficiente de una segunda corriente de aire para quemar el gas de escape del ánodo y el gas de combustión de separación para producir una corriente de gases de combustión a una temperatura de gases de combustión y haciendo pasar la corriente de gases de combustión a la primera zona de intercambio de calor para calentar la zona de pre-reformación a condiciones efectivas de pre-reformación. En otra modalidad más, la presente invención es un proceso para iniciar un sistema para la generación de hidrógeno a partir de materias primas de hidrocarburos para una celda de combustible. El proceso comprende varios pasos. Una materia prima de hidrocarburo y una corriente de vapor son hechos pasar a una zona de pre-reformación y se extrae una corriente de efluente de pre-reformación. La corriente de efluente de pre-reformación y una primera corriente de aire a un primer régimen de aire son pasados a una zona de oxidación parcial que contiene un catalizador de oxidación parcial. Ahí, se quema la materia prima de hidrocarburos para elevar la temperatura de la materia prima de hidrocarburos a condiciones efectiva de oxidación parcial y hacen reacción para convertir la materia prima de hidrocarburos en una corriente efluente de oxidación parcial. La corriente de efluente de oxidación parcial es hecha pasar a una zona de reformación que contiene un catalizador de reformación para producir una corriente de efluente de reformación a una temperatura de salida de reformación de entre 500 y 700°C. El efluente de reformación y una primera corriente de agua so hechos pasar a una zona de desplazamiento de gas y agua qu contiene cuando menos una zona catalizadora de desplazamient de gas y agua. La zona de desplazamiento de gas y agua est en íntimo contacto térmico con una zona de intercambio d calor de desplazamiento de gas y agua para establecer u perfil de temperatura de estado estable y producir ahí un corriente de producto de hidrógeno crudo. Simultáneamente co hacer pasar el efluente de reformación a la zona d desplazamiento de gas y agua, se hace pasar una segund corriente de agua a la zona de intercambio de desplazamient de gas y agua para enfriar la zona de desplazamiento de gas agua y proporcionar una corriente de vapor. La corriente d producto de hidrógeno crudo es hecha pasar a un módul procesador de hidrógeno para proporcionar una corriente d hidrógeno procesado. La corriente de hidrógeno procesado e hecha pasar a otro lado de la celda de combustible y se hac contacto con un lado de cátodo de la celda de combustible co una corriente que contiene oxígeno para producir energí eléctrica. Se extrae un gas de escape de ánodo del lado d ánodo. El gas de escape de ánodo mezclado con una segund corriente de aire es quemado en una zona de quemador par producir una corriente de gases de combustión a un temperatura de gas de combustión de aproximadamente 500 700°C. La corriente de gases de combustión es hecha pasar una zona de intercambio de calor pre-reformada para establecer un perfil de temperatura de estado estable, para calentar la zona de pre-reformación a una temperatura efectiva de pre-reformación para la conversión de cuando menos una porción de la materia prima de hidrocarburos y una porción de la corriente de vapor para proporcionar un efluente de pre-reformación a una temperatura de salida de pre-reformación. El efluente de pre-reformación es hecha para a la zona de oxidación parcial. Se continúa el paso de ignición hasta lograr las condiciones efectivas de pre-reformación. BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La Figura 1 es un diagrama de flujo esquemático que ilustra el proceso central de la presente invención. La Figura 2 es un diagrama de flujo esquemático que ilustra el proceso de la presente invención, incluyendo opciones de pre y post-procesado. La Figura 3 es una vista lateral de un dispositivo de zona de reacción combinada de la presente invención. DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN El proceso de la presente invención utiliza una corriente de hidrocarburos como gas natural, gas de petróleo licuado (LPG) , butanos, gasolina, oxigenados, biogas o nafta (un material con el rango de ebullición de la gasolina) como materia prima. El gas natural y corrientes de hidrocarburos similares en general contienen impurezas como azufre en form de sulfuro de hidrógeno, mercaptanos y óxidos de azufre qu deben eliminarse antes de introducir la materia prima a l zona de reformación de vapor. La extracción de azufre de l materia primera de hidrocarburos puede lograrse mediant cualquier dispositivo convencional incluyendo adsorción quimiosorción y desulfurización catalítica. En general, e tipo de módulo de pre-procesado para la materia prima d hidrocarburo antes de cargarse al procesador de combustibl dependerá del tipo o carácter de materia prima d hidrocarburo. Una corriente de gas natural generalment contiene pequeñas cantidades de azufre en forma de sulfuro d hidrógeno. El sulfuro de hidrógeno en el gas natural pued eliminarse poniendo en contacto la corriente de gas natura con un quimiosorbente como óxido de zinc en una zona d desulfurización de lecho fijo. El LPG, que comprende propano butano o mezclas de estos, generalmente contiene muy poc azufre y puede procesarse directamente mediante el procesado de combustible, aunque puede incluirse el uso de un lecho d guardia que contenga un adsorbente o un quimiosorbente par proteger el catalizador en el procesador de combustible, y e necesario algún dispositivo moderador de presión como un válvula para suministrar el LPG al procesador de combustible El módulo pre-procesador, o pre-procesador para corrientes d nafta, requiere de tratamiento en etapas múltiples. La naft puede contener impurezas como azufre en forma de azufre de mercaptano, sulfuro químicamente combinado (como sulfuros y bisulfuros), azufre elemental y sulfuro de hidrógeno. Con el fin de eliminar estas impurezas de azufre de la corriente de nafta, es necesaria una combinación de hidrodesulfurización en presencia de hidrógeno sobre un catalizador de desulfurización que contenga cobalto y molibdeno sobre una base de óxido metálico para convertir las especies a sulfuro de hidrógeno, y una segunda etapa para eliminar el sulfuro de hidrógeno. Aunque puede utilizarse cualquier catalizador convencional de desulfurización de hidrocarburos en la zona de hidrodesulfurización, se prefieren los catalizadores que contienen cobalto y molibdeno. Con el fin de reducir el tamaño general del equipo de generación de hidrógeno, se prefiere la quimiosorción con materiales como óxido de zinc para eliminar el sulfuro de hidrógeno. Las operaciones de desulfurización basadas en quimiosorción o hidrodesulfurización generalmente tienen lugar en condiciones efectivas de desulfurización incluyendo una presión de desulfurización de entre 100 a aproximadamente 1,000 kPa. Preferiblemente la operación de desulfurización es realizada a una presión de desulfurización de entre 200 a 300 kPa. Preferiblemente la operación de desulfurización es realizada a una temperatura de desulfurización de menos de unos 300°C, y más preferiblemente la operación de desulfurización es realizada a una temperatura de desulfurización de entre 50 a aproximadamente 300 °C. Preferiblemente la concentración de azufre en la materia prima desulfurizada deberá ser de menos de 10 partes por millón del peso, y más preferiblemente la concentración de azufre en la materia prima desulfurizada deberá ser de menos de 1 parte por millón del peso. Se necesita agua en el proceso reformador de vapor para utilizarse como reactivo, y como medio de enfriamiento. Además de algunos tipo de celdas de combustible, el producto de hidrógeno debe suministrarse a la celda de combustible como gas húmedo. Esto es particularmente cierto con celdas de combustible PEM, donde la humedad de la corriente del producto de hidrógeno es controlada para evitar que se seque la membrana PEM en la celda de combustible. El agua que se utiliza en el proceso de reformación de vapor preferiblemente se desioniza para eliminar metales y aniones disueltos . Los metales que pueden ser nocivos para los catalizadores incluyen sodio, calcio, plomo, cobre y arsénico. Los aniones como iones de cloro deben reducirse o eliminarse del agua. La eliminación de estos cationes y aniones es necesaria para impedir la desactivación prematura del catalizador reformador de vapor u otros materiales catalíticos contenidos en la celda de combustible como el catalizador de desplazamiento de gas y agua o el catalizador de oxidación de monóxido de carbono en una zona de reducción de monóxido de carbono. La desionización del agua a utilizarse en el proceso puede lograrse mediante cualquier forma convencional. Uno de los problemas solucionados por la presente invención es el suministro de calor a una reacción formadora de vapor que convertirá hidrocarburos, o alcohol, a hidrógeno y óxidos de carbono en presencia de agua o vapor sobre un catalizador de reformación. Los alcoholes y otros hidrocarburos que contienen oxígeno son más fáciles de reformar, y generalmente pueden reformarse a temperaturas de reformación relativamente bajas. Sin embargo, los hidrocarburos requieren de una entrada de calor más elevada. Antes del proceso de la presente invención, se realizaron intentos de transferir calor en los rangos radiante y de convección de la transferencia de calor. Desafortunadamente, esto requiere el uso de zonas de transferencia de calor radiante de alta temperatura y correspondientemente metalurgias exóticas para proporcionar suficiente calor a la reacción de reformación a un régimen de calentamiento aceptable. En el presente esquema, primero se pre-reforma la materia prima a una temperatura de pre-reformación moderada de menos de aproximadamente 700°C, y el efluente pre-reformado es sujeto a un paso de oxidación parcial. El calor generado en el paso de oxidación parcial exotérmico puede proporcionar el calor al paso de reformación endotérmica si los dos pasos ocurren uno en proximidad del otro, e independientemente de otra integración de calor dentro del proceso integrado de generación de hidrógeno y la operación de la celda de combustible. De esta manera, la zona de oxidación parcial puede proporcionar calor a altas temperaturas (es decir, más de aproximadamente 700°C) . Se piensa que al utilizar la zona de pre-reformación y la zona de oxidación parcial, la temperatura de reformación puede reducirse de la alta temperatura a un rango de temperaturas moderadas (de menos de unos 700°C) donde no se requiere de metalurgias exóticas, o a un rango donde una porción del calor de reacción de reformación puede suministrarse mediante otras fuentes de calor dentro del proceso general. Por consiguiente, mediante esta disposición, el paso de reformación se hace independiente del proceso de integración de calor de alta temperatura y puede operarse en el rango ya sea radiante o de convección en proximidad a la reacción de oxidación parcial. La reacción de reformación también puede tener lugar sin utilizar metalurgias exóticas. Por ejemplo, el calor reguerido por el paso de pre-reformación puede suministrarse mediante calor del paso exotérmico de reacción de desplazamiento de gas y agua, o puede proporcionarse calor para el proceso de reformación mediante el calor de combustión de gases de desecho de la celda de combustible, o una combinación de estos. Preferiblemente, el calor para el paso de pre-reformación es suministrado mediante intercambio de calor indirecto con gases de combustión de la combustión de gases de desecho del ánodo desde el electrodo del ánodo de la celda de combustible. La materia prima pre-procesada es mezclada con una corriente de vapor para formar una mezcla de pre-reformación y la mezcla de pre-reformación es hecha pasar a una zona de pre-reformación para la conversión parcial de la materia prima pre-tratada a una corriente pre-reformada que comprende hidrógeno, monóxido de carbono, bióxido de carbono e hidrocarburos no convertidos. El vapor puede suministrarse mediante el calentamiento indirecto de agua con calor del proceso del calor recuperado en la reacción de desplazamiento de gas y agua o del calor recuperado de los gases de combustión resultantes de la combustión de gas de desecho del ánodo. Preferiblemente el vapor es suministrado calentando agua con el calor recuperado de la zona de reacción de desplazamiento de gas y agua. Preferiblemente, la proporción de vapor contra carbono de la mezcla de pre-reformación es de entre 1:1 a aproximadamente 6:1, y más preferiblemente la proporción de vapor contra carbono de la mezcla de pre-reformación es de entre 1:1 y 3:1, y más preferiblemente la proporción de vapor contra carbono de la mezcla de pre-reformación comprende 2:1. La zona de pre-reformación contiene un catalizador de pre-reformación que comprende una base de catalizador como alúmina con un metal depositado sobre ésta. Preferiblemente, el catalizador de pre-reformación incluye níquel con cantidades de metales nobles como cobalto, platino, paladio, rodio, rutenio e iridio, y un soporte como magnesio, aluminato de magnesio, alúmina, sílice o zirconio, ya sea por sí solos o en combinación. Más preferiblemente, el catalizador reformador de vapor puede ser un solo metal como níquel o un metal noble sportado enun vehículo refractario como magnesio, aluminato de magnesio, sílice o zirconia, ya sea solos o en combinación, promovidos por un metal alcalino como potasio. El catalizador pre-reformador puede ser granular y está soportado dentro de la zona reformadora de vapor. El catalizador de pre-reformación puede estar dispuesto en un lecho fijo o dispuesto en tubos o placas dentro de la zona de pre-refopnación. En el proceso de la presente invención, la zona de pre-reformación es operada a condiciones efectivas de pre-reformación incluyendo una temperatura de pre-reformación de entre 300 y 700°C y una presión de pre-reformación de entre 100 350 kPa. Más preferiblemente, la temperatura de pre-reformación varía entre 350 y 600°C, y más preferiblemente la temperatura de pre-reformación comprende una temperatura de entre 350 y unos 550°C. La reacción de pre-reformación es una reacción endotérmica y necesita que se le suministre calor para iniciar y mantener la reacción. En la presente invención, la zona de pre-reformación está en íntimo contacto térmico con una primera zona de intercambio de calor que transfiere calor mediante intercambio indirecto de calor a la zona de pre-reformación. La primera zona de intercambio de calor es calentada por el paso de una corriente de escape de quemador o corriente de gases de combustión desde una zona de quemador. Un importante aspecto de la presente invención es que la temperatura de salida del quemador de la corriente de escape del quemador no exceda los 700°C, de manera que la transferencia de calor a la zona de pre-reformación ocurra por convección y no por radiación. De esta manera, aunque habrá cierta pérdida de eficiencia térmica general, la primera zona de intercambio de calor puede construirse con un material como acero inoxidable o acero con carbono y de esta manera evitar el uso de metalurgias exóticas y de alto costo en la zona de pre-reformación. Con el fin de mantener la temperatura de salida del quemador a menos de 700°C, la cantidad, o régimen, de la corriente de aire que pasa a la zona del quemador queda controlado. De esta manera, la temperatura de salida del quemador fija la temperatura máxima del lado caliente de la primera zona de intercambio de calor a un nivel relativamente constante luego del inicio de la sección de generación de hidrógeno y de este modo se evita fijar un ciclo térmico en el primer cambiador de calor y mantener un perfil de temperatura de estado esencialmente estable dentro del primer cambiador de calor. Tal y como se utiliza en la presente, el término "estado estable" significa que el perfil de temperatura se caracteriza por una falta de máximos de temperatura. Además, al mantener la temperatura de salida del quemador por debajo de la región de transferencia radiante de calor, se puede evitar el uso de costosos y sofisticados sensores de oxígeno y controles y protecciones de radiación relacionados . La corriente de pre-reformación es hecha pasar a condiciones de oxidación parcial efectiva con una corriente que contiene oxígeno, o una primera corriente de aire, en presencia de un catalizador de oxidación parcial para producir un producto de oxidación parcial. Si la corriente de pre-reformación no está en condiciones efectivas de oxidación parcial, como durante el arranque del procesador de combustible cuando hay combustible insuficiente para que la zona del quemador caliente la zona de pre-reformación, la corriente de pre-reformación y la corriente que contiene oxígeno se encienden para iniciar la reacción de oxidación parcial en la zona de oxidación parcial. El producto de oxidación parcial comprende hidrógeno, monóxido de carbono, bióxido de carbono y algunos hidrocarburos no convertidos . El catalizador de oxidación parcial está dispuesto en la zona de oxidación parcial como un lecho fijo. Las composiciones catalizadoras adecuadas para utilizarse en la oxidación parcial catalítica de los hidrocarburos son conocidas en la técnica (Ver US-A-4.691, 071, incorporada a la presente por referencia) . Los catalizadores preferidos para utilizarse en el proceso de la presente invención comprenden como componente catalíticamente activo a un metal seleccionado de los metales nobles del Grupo VIII, un metal del grupo IVA y un metal del Grupo IA o IIA de la Tabla Periódica de Elementos, compuestos sobre un soporte de óxido metálico, donde el soporte comprende una alúmina que contenga cerio. La alúmina puede ser alfa-alúmina, o una mezcla de alfa-alúmina y theta-alúmina. Preferiblemente el cerio está presente en una cantidad de entre 0.01 a 5% del peso del soporte. Preferiblemente, el metal noble del grupo VIII en el catalizador de oxidación parcial es un metal noble seleccionado del grupo que consiste en platino, paladio y rodio. Preferiblemente, el metal del grupo IVA que está presente en el catalizador de oxidación parcial está selecciona del grupo que consiste en germanio, plomo y estaño, y el metal del grupo IVA está presente en una cantidad de entre 0.01 a 5% del peso del catalizador de oxidación parcial. Preferiblemente, el metal del grupo IA o IIA presente en el catalizador de oxidación parcial está seleccionado del grupo que consiste en sodio, potasio, litio, rubidio, cesio, berilio, magnesio, calcio, francio, radio, estroncio y bario, y el metal del grupo IA o IIA está presente en una cantidad en el rango de entre 0.01% a aproximadamente 10% del peso del catalizador de oxidación parcial. El metal catalíticamente activo también puede soportarse sobre materiales de vehículo adecuado conocidos en la técnica, incluyendo óxidos refractarios, como sílice, alúmina, titanio, zirconio y mezclas de estos. Preferiblemente, el catalizador de oxidación parcial es granular y está soportado como un lecho de catalizador fijo dentro de la zona de oxidación parcial en el proceso de la presente invención, donde la zona de oxidación parcial es operada a condiciones efectivas de oxidación parcial incluyendo una temperatura de oxidación parcial de menos de 1,400°C y una baja presión de oxidación parcial de entre 100 y 350 kPa. Más preferiblemente, la temperatura de oxidación parcial varía entre 500 y aproximadamente 1,400°C, y más preferiblemente la temperatura de oxidación parcial es de entre 600 y 1,100°C. En una modalidad de la presente invención, la zona de reacción de oxidación parcial es colocada en proximidad a una zona de reformación de vapor de manera que el calor contenido en los productos de la reacción de oxidación parcial exotérmica no se recuperen sino que se utilicen directamente para suministrar la corriente de efluente de oxidación parcial a la zona de reformación de vapor a condiciones efectivas de reformación de vapor y para mantener parcialmente la zona de reacción de reformación de vapor a condiciones efectivas de reformación de vapor. Además, las zonas combinadas de oxidación parcial y reacción de reformación de vapor vinculan la zona de oxidación parcial exotérmica con la zona de reacción de reformación de vapor endotérmica para proporcionar compensación térmica para las altas temperaturas generadas en la zona de oxidación parcial. La zona de reformación de vapor proporciona enfriamiento interno de las paredes de la zona de reactor combinada, permitiendo de este modo el uso de metalurgias de acero al carbono y acero inoxidable en vez de metalurgias exóticas en una zona de oxidación parcial combinada/zona de reformación de vapor. Luego de iniciar la disposición combinada de oxidación parcial/reactor de reformación de vapor, existe la necesidad de pasar del modo de operación de oxidación parcial hacia un modo de reformación de vapor reduciendo el régimen de aire a la zona de oxidación parcial y proporcionando calor a la zona de reformación de vapor. En una modalidad de la presente invención, se suministra calor adicional mediante el intercambio de calor indirecto con la corriente de escape del quemador antes mencionada, o corriente de gases de combustión, de manera que durante la operación de la zona combinada de oxidación parcial/reactor reformador de vapor, la proporción de la conversión que ocurre en la zona de oxidación parcial se cambia a favor de la zona de reformación de vapor. Preferiblemente, la temperatura de gases de combustión varía de 400 a 800°C. Este cambio ocurre cuando el creciente suministro de gases de desecho del ánodo y el valor de calentamiento que se hace más eficiente permite la operación de la zona del quemador para dar calor a la zona de reformación de vapor y la zona de pre-reformación. El valor de calentamiento o calidad de calentamiento de los gases de desecho del ánodo mejoran conforme aumenta la concentración de hidrógeno en los gases de desecho del ánodo. De esta manera, la eficiencia general del procesador de combustible puede avanzar de una eficiencia de energía de 77 por ciento de la reacción de oxidación parcial hacia la eficiencia de energía del 87 por ciento de la reacción de reformación de vapor. De esta manera, el sistema combinado de reactor de la presente invención tiende a eficiencia más elevada de la operación de reformación de vapor, sin la lenta reacción térmica y de conversión de la zona de reformación de vapor. Con eficiencia general nos referimos a la eficiencia porcentual determinada a partir del valor neto de calentamiento del hidrógeno en el gas hidrógeno producto, dividido entre el valor de calentamiento neto de la materia prima. Una vez que el sistema llega a temperaturas operativas, es decir la temperatura de salida del quemador y las temperaturas de reformación del vapor llegan a 700°C, se mantienen estas temperaturas operativas para retener el perfil de temperatura de estado esencialmente estable en las zonas de intercambio de calor primera y segunda, y se cumplen las variaciones en la demanda de energía eléctrica al pasar de las reacciones de oxidación parcial y reformación de vapor, y ajustando el flujo de materia prima de hidrocarburos al módulo de pre-procesado, o de preparación. El uso de la oxidación parcial proporciona mejor funcionamiento de arranque, aunque reduce la eficiencia general de la operación. Por otra parte, la reformación de vapor es de arranque lento y opera a eficiencias generales más altas . La combinación de las zonas de oxidación parcial, reformación y pre-reformación proporcionadas por la presente invención son especialmente útiles para controlar y tolerar las fluctuaciones en el régimen de combustible conforme varía la demanda de energía eléctrica. Además, el esquema utiliza un sistema de control de baja complejidad, que es capaz de manejar simultáneamente las variaciones en el régimen de flujo de combustible y de calidad de combustible. El producto de oxidación parcial es hecho pasar a la zona de reformación de vapor que contiene un catalizador reformador de vapor para producir una corriente de efluente de reformación. Preferiblemente, el catalizador reformador de vapor incluye níquel con cantidades de metal noble, como cobalto, platino, paladio, rodio, rutenio e iridio, y un soporte como magnesio, aluminato de magnesio, alúmina, sílice o zirconio, ya sean solos o combinados. Más preferiblemente, el catalizador reformador de vapor puede ser un metal como níquel o un metal noble soportado sobre un vehículo refractario como magnesio, aluminato de magnesio, alúmina, sílice o zirconio, solos o combinados, promovidos por un metal alcalino como potasio. Más preferiblemente, el catalizador reformador de vapor comprende níquel soportado sobre alúmina y promovido por un metal alcalino como potasio. El catalizador reformador de vapor puede ser granular y está soportado como un lecho catalizador fijo dentro de la zona reformadora de vapor. En el proceso de la presente invención, la zona reformadora de vapor es operada a condiciones reformadoras efectivas que incluyen una temperatura de reformación de menos de 700°C y una presión reformadora de entre 100 a unos 350 kPa. Más preferiblemente, la temperatura de reformación varía entre 350 y unos 700°C, y más preferiblemente la temperatura de reformación es de entre 550 y unos 650°C. La corriente de efluente de reformación es extraída de la zona de reformación a una temperatura de salida de reformación de menos de unos 700°C. La temperatura de salida de reformación es mantenida a un valor de unos 700°C al controlar el régimen de suministro de la corriente que contiene oxígeno hacia la zona de oxidación parcial. De esta manera, la temperatura de salida de reformación establece la temperatura del lado caliente de una segunda zona de intercambio de calor que puede utilizarse para eliminar calor de una zona de reacción de desplazamiento de gas y agua. El efluente de reformación es hecho pasar a cuando menos una zona de reacción de desplazamiento de gas y agua que reacciona exotérmicamente con el monóxido de carbono sobre un catalizador de desplazamiento en presencia de una cantidad excedente de agua para producir cantidades adicionales de bióxido de carbono e hidrógeno. La siguiente es una descripción de una zona de reacción de desplazamiento de gas y agua de dos zonas, aunque puede utilizarse cualquier cantidad de zonas de reacción de desplazamiento de gas y agua para reducir el nivel de monóxido de carbono en el producto de hidrógeno. El efluente reformador de vapor es combinado con agua y se enfría a una temperatura de desplazamiento efectivamente alta de entre 400 y 450°C para proporcionar un efluente de reformación de vapor enfriado. El efluente de reformación de vapor enfriado es hecho pasar sobre un catalizador de desplazamiento de alta temperatura para producir un efluente de desplazamiento de alta temperatura. El catalizador de desplazamiento de alta temperatura es seleccionado del grupo que consiste en óxido de hierro, óxido de cromo y mezclas de estos . El efluente de desplazamiento de alta temperatura es enfriado para reducir la temperatura del desplazamiento de alta temperatura a una temperatura de entre 180 y 220°C a condiciones efectivas para una reacción de desplazamiento de baja temperatura y para proporcionar un efluente de desplazamiento de alta temperatura enfriado. El efluente de desplazamiento de alta temperatura enfriado es hecho pasar a una zona de desplazamiento de baja temperatura y puesto en contacto con un catalizador de desplazamiento de baja temperatura para reducir aún más el monóxido de carbono y producir un efluente de desplazamiento de baja temperatura. El catalizador de desplazamiento de baja temperatura comprende óxido de cobre (CuO) y óxido de zinc (ZnO) . Otros tipos de catalizadores de desplazamiento de baja temperatura incluyen cobre soportado sobre otros óxidos de metales de transición como zirconio, zinc soportado sobre óxidos de metales de transición o soportes refractarios como sílice o alúmina, platino soportado, renio soportado, paladio soportado, radio soportado y oro soportado. La reacción de desplazamiento de baja temperatura es una reacción altamente exotérmica y una porción del calor de la reacción de desplazamiento de baja temperatura es extraída mediante intercambio indirecto de calor en una segunda zona de intercambio de calor con una corriente de agua para producir una corriente de vapor. La corriente de vapor es mezclada con la materia prima de hidrocarburos tratados para conservar aún más energía té?S-ftica y proporcionar vapor a la zona de pre-reformación. La . corriente de efluente de desplazamiento de gas y agua o producto de hidrógeno comprende menos de aproximadamente 0.5% molar de monóxido de carbono . Dado que el monóxido de carbono actúa como veneno para algunas celdas de combustible como la celda PEM, la concentración de monóxido de carbono en el producto de hidrógeno debe eliminarse o reducir su concentración por ejemplo mediante oxidación, conversión o separación, antes de poderse utilizar el producto de hidrógeno en estas celdas de combustible para producir electricidad. Las opciones para el post-procesado de la corriente del producto de hidrógeno para reducir aún más el contenido de monóxido de carbono incluyen la oxidación catalítica selectiva y la metanación. Además, algunas celdas de combustible operan a diferentes niveles de consumo de hidrógeno por pasada, o eficiencias de hidrógeno. Por ejemplo, algunas disposiciones de celdas de combustible exigen hidrógeno de alta pureza y consumen más de un 80% del hidrógeno por pasada, en tanto que otros consumen menos del 70% del hidrógeno por pasada y no requieren de hidrógeno de alta pureza. En un caso que requiera de alta pureza, la corriente de producto de hidrógeno es hecha pasar a una zona de separación que comprende un sistema de adsorción por oscilación térmica o un sistema de adsorción por oscilación de presión para producir una corriente de hidrógeno de alta pureza (95 a 99.999% molar de hidrógeno) y una corriente de desechos de separación que comprende óxidos de carbono. Una porción de la corriente de hidrógeno de alta pureza puede utilizarse en la zona de hidrodesulfurización y la porción restante de la corriente de hidrógeno de alta pureza es hecha pasar a la zona de celdas de combustible. Se hace pasar gas de desecho del ánodo, junto con la corriente de desechos de separación, a la zona del quemador. Para aplicaciones de celdas que no son de combustible, puede sustituirse el uso del gas de desechos del ánodo por una corriente de gases de combustible como una corriente de gases de desechos de un sistema de purificación de hidrógeno como un proceso de adsorción de oscilación de presión. Para celdas de combustible como celdas PEM, que son sensibles al monóxido de carbono, el producto de hidrógeno es hecho pasar a la zona de oxidación de óxido de carbono en condiciones efectivas de oxidación y puesto en contacto con un catalizador de oxidación selectiva para producir una corriente de gas de producto de hidrógeno de óxido de carbono reducido que comprende menos de 40 partes por millón molar de monóxido de carbono. Preferiblemente, la corriente de gas de producto de hidrógeno de óxido de carbono reducido comprende menos de aproximadamente 10 partes por millón molar de monóxido de carbono, y más preferiblemente, la corriente de gas de producto de hidrógeno de óxido de carbono reducido comprende menos de 1 parte por millón molar de monóxido de carbono. El calor de la oxidación producido en la zona de oxidación del monóxido de carbono es eliminado de manera convencional enfriando la zona de oxidación de monóxido de carbono en forma convencional, como un recubrimiento de agua y una corriente de agua de enfriamiento. Para una celda de combustible PEM, el gas de producto de hidrógeno de óxido de carbono reducido que comprende agua en saturación y a una temperatura de menos de 100 °C es hecha pasar al lado del ánodo de una zona de celdas de combustible que comprende cuando menos una membrana de intercambio de protones (PEM) . La membrana PEM posee un lado de ánodo y un lado de cátodo, y está equipado con conductores eléctricos que eliminan energía eléctrica producida por la celda de combustible cuando una corriente que contiene oxígeno es puesta en contacto con el lado de cátodo de la membrana PEM. Se requiere impedir que la membrana PEM se seque manteniendo la corriente de gas de producto de hidrógeno de óxido de carbono reducido en condiciones de saturación. Es también crítico que la membrana PEM sea mantenida a una temperatura de menos de 100°C. Cuando la membrana PEM se opera para ser sólo eficiente en un 70 por ciento en su uso de la corriente de producto de hidrógeno, la celda de combustible produce un gas de desecho de ánodo que comprende hidrógeno y un gas de desechos de cátodo que comprende oxígeno. Típicamente, el gas de desechos del ánodo comprende hidrógeno, nitrógeno y bióxido de carbono. El gas de desecho del ánodo producido por la presente invención comprende menos de 50% molar de hidrógeno, y el gas de desperdicio del cátodo comprende menos de un 15% molar de oxígeno. Un segundo gas que contiene oxígeno, como aire, y el gas de desecho del ánodo que se extrae del lado del ánodo de la celda de combustible son puestos en contacto en la zona del quemador mencionada anteriormente a condiciones efectivas de combustión, para mantener una temperatura de salida de quemador de menos de 700°C. De esta manera, el hidrógeno generado por las zonas de oxidación parcial o de reacción de reformación y que no consumió la celda de combustible es quemado para proporcionar integración térmica del proceso general, y en el mismo paso de quemado se rechaza cualquier nitrógeno que se haya introducido mediante el uso de la zona de oxidación parcial. En el esquema de la presente invención, a una operación de estado estable no hay condición de añadir calor al paso de reformación, y el grado de oxidación parcial permanece esencialmente constante. El esquema es mucho más eficiente que un proceso totalmente autotérmico porque el calor de la zona del quemador se utiliza para proporcionar calor a la reacción de reformación del vapor, lo que eleva la eficiencia general del proceso. El uso de la zona de quemador en íntimo contacto térmico con la zona reformadora como se utiliza en este esquema permite significativamente más recuperación de calor en la operación de pre-reformación que si el calor se recuperara únicamente de los productos de reacción. Otros esquemas de la técnica anterior sólo utilizan recuperación de calor de los productos de reacción, y tales esquemas son practicados con más frecuencia en plantas a gran escala. Las plantas a gran escala no poseen una corriente de gases de desecho del ánodo para utilizarse como combustible. Además, el proceso de la presente invención permite el uso de metales menos exóticos, lo que reduce significativamente el costo de capital del principal equipo del proceso. Cuando la presente invención se aplica a sistemas de celdas de combustibles, sólo se utiliza como combustible el gas de desecho del ánodo, no se añade metano y por consiguiente no se requiere de un complejo equilibrio de combustibles para manejar las fluctuaciones en la calidad de combustible y la producción de gases de desecho del ánodo. La composición de gases de desecho del ánodo varía tanto en cantidad como en capacidad de calor conforme cambia la eficiencia y demanda de electricidad en la celda de combustible. El flujo de aire hacia la zona del quemador está controlado para compensar las variaciones en la composición del gas de desecho del ánodo y por ello se logra una temperatura de salida de quemador constante del gas de combustión extraído del quemador. Por consiguiente, conforme se reduce la cantidad de calor disponible desde el gas de desecho del ánodo, reducir el calor disponible al pre-reformador, hay un correspondiente incremento en la demanda de aire suministrado a la zona de oxidación parcial para proporcionar calor adicional al sistema. En la zona de oxidación parcial se proporciona un esquema de control para controlar la temperatura de salida del reformador al variar la cantidad de la segunda corriente de aire que se introduce a la zona de oxidación parcial. De esta manera, la salida de reformación de vapor, o temperatura de efluente, se mantiene a un valor esencialmente constante. Si la cantidad de gases de desecho del ánodo disminuye, el proceso comienza a operar como un proceso reformador autotérmico y la eficiencia tiende a un 77 por ciento. Si el contenido o cantidad de calor del gas de desecho del ánodo aumenta, se reduce la cantidad de oxidación parcial. Cuando el grado de oxidación parcial se reduce, el proceso general tiene a una operación de reformación de vapor cuyo rango de eficiencia es de entre 85 y 87 por ciento. Las variaciones térmicas en el sistema general son minimizadas para obtener una operación estable mediante el uso de dos sistemas de control independientes de quemador. Al controlar las temperaturas de salida de la zona del quemador y la zona de reformación de esta manera, las variaciones en el régimen de combustible se compensar para proporcionar automáticamente un perfil de temperatura de estad esencialmente estable en las zonas de intercambio de calo primera y segunda, lo cual elimina el reciclado térmic dentro de cada zona de intercambio de calor. Además, el calo disponible para la zona de pre-reformación, la oxidació parcial y la zona de reformación siempre logran la mis conversión general de hidrocarburos . Controlar la temperatu en la salida de la zona de reformación a una temperatura unos 700°C permite el uso de metalurgias menos exóticas en l construcción de las zonas de oxidación parcial y reformación, y no es necesario acoplar las zonas de oxidaci parcial y de reformación de vapor a una zona de intercamb de calor. Uno de los problemas para desarrollar generación hidrógeno en sistemas de reformación de pequeña escala es l eliminación del reciclado térmico de los recipientes . Est reciclado puede resultar en esfuerzos térmicos que puede producir fracturas de fatiga en las soldaduras . L variaciones en el ritmo de rendimiento, régimen combustible y calidad de combustible en los sistemas de l técnica anterior resultaban en un reciclado térmico en to el sistema. El sistema de control de la presente invenció mantiene el perfil de temperatura de lado caliente en ca una de las principales zonas de intercambio de calor a valor esencialmente constante tras el arranque, y po consiguiente evita cualquier variación significativa que pudiera producir reciclado térmico en las zonas de intercambio de calor. Las temperaturas de lado frío en el presente sistema son fijados por la temperatura de alimentación. Por consiguiente, el reciclado térmico y el daño resultante de los esfuerzos térmicos a las zonas de intercambio de calor son limitadas efectivamente y se mantiene un perfil térmico esencialmente uniforme dentro de las zonas de intercambio de calor. Una característica del proceso redistribuye las zonas de transferencia de calor y de reacción para utilizar intercambio de calor entre corrientes con contenido térmico, o entalpia, relativamente bajo respecto a la cantidad de calor generado o consumido en las zonas de reacción. Las variaciones en los regímenes de flujo se controlan antes de que estas variaciones de flujo puedan ejercer impacto sobre el equipo y creen oscilaciones de temperatura en las zonas de reacción. Por consiguiente, se evitan las fluctuaciones de temperatura en las zonas de intercambio de calor. Además, la presente técnica de controlar las temperaturas de los lados calientes en un rango que permite el uso de metalurgia menos exótica y al mismo tiempo responder a fluctuaciones en la demanda eléctrica producen significativas ventajas de costo de capital con una pérdida mínima de eficiencia general de energía. DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LOS DIBUJOS Haciendo referencia a la Figura 1, se hace pasar una materia prima de hidrocarburos en la línea 1 para utilizarse en un sistema de celdas de combustible para la generación de energía eléctrica hacia una zona de pre-reformación 14. También se hace pasar una corriente de vapor en la línea 8 hacia la zona de pre-reformación 14. La zona de pre-reformación contiene un catalizador de pre-reformación seleccionado del grupo que consiste en níquel sobre alúmina, o similares . La zona de pre-reformación 14 está en íntimo contacto térmico con una primera zona de intercambio de calor 16 que suministra calor mediante intercambio indirecto de calor en el rango de convección de la temperatura para calentar la zona de pre-reformación 14. Una corriente de efluente de pre-reformación es extraído de la zona de pre-reformación 14 en la línea 2. La corriente de efluente de pre-reformación es hecha pasar a una zona de oxidación parcial 24 a condiciones efectivas de oxidación parcial incluyendo una temperatura de oxidación parcial y una presión de oxidación parcial. La temperatura de oxidación parcial varía entre 550 y unos 900°C. La presión de oxidación parcial varía entre 100 y unos 350 kPa. Ya sea simultáneamente con la introducción de la corriente de efluente de pre-reformación, se introduce una primera corriente de aire en la línea 4 hacia la zona de oxidación parcial 24. La zona de oxidación parcial contiene un catalizador de oxidación parcial. En la zona de oxidación parcial, cuando menos una porción de la corriente de efluente de pre-reformación se convierte para producir una corriente de efluente de oxidación parcial que comprende hidrógeno, monóxido de carbono, bióxido de carbono y agua. La corriente de efluente de oxidación parcial que se muestra como línea 3 es extraída de la zona de oxidación parcial 24 y se hace pasar a una zona de reformación 28. La zona de reformación 28 contiene un catalizador de reformación. En la zona de reformación 28, la corriente de efluente de oxidación parcial sufre una conversión ulterior para producir una corriente de efluente de reformación que comprende hidrógeno, monóxido de carbono, bióxido de carbono y agua. La zona de oxidación parcial 24 y la zona de reformación principal 28 están combinadas en una sola zona de reacción combinada 26. En la presente invención el calor para la zona de pre-reformación 14 es suministrada mediante transferencia de calor indirecta entre gases de combustión de la zona del quemador 22. El calor de la corriente de efluentes de reformación extraídas de la zona de reformación 28 se utilizan para proporcionar una corriente de vapor en la línea 8 para la zona de pre-reformación 16. La corriente de efluente de reformación es extraída de la zona de reformación 28 en la línea 5 y se hace pasar a una zona de reacción de desplazamiento de gas y agua. La zona de reacción de desplazamiento de gas y agua 18 contiene cuando menos una zona de catalizador de desplazamiento de gas y agua suministra para la conversión de monóxido de carbono cantidades adicionales de hidrógeno para producir u corriente de producto de hidrógeno. La corriente de produc 5 de hidrógeno es extraída de la zona 18 de reacción desplazamiento de gas y agua en la línea 7. La reacción desplazamiento de gas y agua es una reacción reversib altamente exotérmica y debe enfriarse para mantener selectividad hacia la conversión de monóxido de carbono 10 agua a bióxido de carbono e hidrógeno. La zona de reacción desplazamiento de gas y agua 18 de la presente invención enfriada mediante intercambio indirecto de calor con u segunda zona de intercambio de calor 20 que está en ínti contacto térmico con la zona de reacción de desplazamiento 15 gas y agua 18. En una modalidad, la zona de reacción desplazamiento de gas y agua 18 es utilizada como caldera zona de generación de vapor, donde una corriente de agua la línea 6 es hecha pasar a través de la segunda zona intercambio de calor para producir la corriente de vapor 20 la línea 8. Toda, o parte de, la corriente de vapor en línea 8 producida de esta manera es devuelta para mezclar con la materia prima de hidrocarburos en la línea 1. En ot modalidad, la zona de quemador 22 está en íntimo contac térmico con la zona reformadora 28 de una zona de reacci 25 combinada 26 (No se muestra) .
La corriente de producto de hidrógeno en la línea 7 que generalmente comprende menos de 50 ppm de monóxido de carbono es hecha pasar a una zona de celdas de combsutible (no se muestra) . Si la zona de celda de combustible es sensible al monóxido de carbono, la concentración de monóxido de carbono puede reducirse aún más de manera convencional mediante técnicas de oxidación selectiva o técnicas de metanación conocidas en la técnica. Por ejemplo, la reducció de la concentración de bióxido de carbono a un nivel de menos de 100 ppm molar es necesaria para celdas de combustible PEM, en tanto que la tecnología de celdas de combustible basadas en carbonato no tienen limitaciones en el monóxido de carbono. En la zona de celdas de combustible, la corriente de producto de hidrógeno o una corriente de hidrógeno co monóxido de carbono reducido es hecha pasar al lado de ánodo de una celda de combustible, en tanto que una corriente que contiene oxígeno como aire es hecha pasar a un lado de cátodo de la celda de combustible y se extrae de la celda de combustible una corriente de desechos del ánodo sin hidrógeno respecto al producto de la corriente de hidrógeno. El gas de desecho del ánodo en la línea 9 y una segunda corriente de aire en la línea 10 son mezcladas y hechas pasar a una zona de quemador 22 para encender el gas de desecho del ánodo y producir una corriente de gases de combustión en la línea 11. La zona de quemador puede contener un catalizador de combustión para asegurar la combustión completa del gas de desechos del ánodo en la zona de quemador. La corriente de gases de combustión es hecha pasar hacia la primera zona de intercambio de calor 16 en la línea 11 para proporcionar calor a la zona de pre-reformación 14, y se extrae una corriente de gases de combustión enfriados de la primera zona de intercambio de calor en la línea 12. En la operación del proceso para la generación de hidrógeno, se controla el sistema de manera relativamente simple, lo que soluciona muchos de los problemas asociados con las fluctuaciones en la demanda de energía y arranque del sistema. El sistema de control del proceso comprende un dispositivo medidor de temperatura "ti" para medir la temperatura de la salida de la zona de reformación 28, que se muestra midiendo la temperatura de salida del efluente reformador en la línea 5, y ajustando el régimen o flujo de la primera corriente de aire en la línea 4' al abrir o cerrar la válvula VI. Inicialmente en el arranque, la introducción de la primera corriente de aire a condiciones efectivas de oxidación parcial añade calor al sistema al iniciar la reacción de oxidación parcial exotérmica. Las condiciones efectivas de oxidación parcial son logradas en el arranca al calentar la mezcla de hidrocarburos/primera corriente de aire con un dispositivo de calentamiento que puede ser un calefactor eléctrico. También puede utilizarse calentamiento con microondas para iniciar la reacción de oxidación parcial. La temperatura de salida del efluente de reformación en la línea 5 es controlada ajustando el régimen de la primera corriente de aire. Aumentar el régimen de la primera corriente de aire aumenta la temperatura de salida, y disminuir el régimen de aire disminuye la reacción de salida del efluente de reformación en la línea 5. Conforme el reformador produce el efluente de reformación, el efluente de reformación es hecho pasar a través de la zona de reacción de desplazamiento 18 y la zona de celda de combustible (no se muestra) y el gas de desechos del ánodo es devuelto en la línea 9 hacia la zona de quemador donde el gas de desechos del ánodo es mezclado con la segunda corriente de aire en la línea 10 a quemarse para producir la corriente de gases de combustión en la línea 11. La temperatura de gases de combustión en la línea 11 se mide mediante la controladora "T2" y el ritmo de flujo de la segunda corriente de aire se ajusta para mantener la temperatura de gases de combustión por debajo de uno 700°C. Cuando la temperatura de los gases de combustión está por encima del valor deseado, se aumenta el régimen de la segunda corriente de aire, y cuando la temperatura de los gases de combustión está por debajo del valor deseado, se reduce el régimen de la segunda corriente de aire. De esta manera, las temperaturas de lado caliente de las zonas de intercambio de calor 16 y 20 se mantienen a valores relativamente constantes y se minimiza el reciclado térmico de las superficies de intercambio de calor. La Figura 2 representa un sistema de conversión de una materia prima de hidrocarburos como una corriente de gas natural en la línea 30, una corriente de gas de petróleo licuado (LPG) en la línea 32, o una corriente en el rango de ebullición de gasolina en la línea 34 para producir energía eléctrica utilizando una celda de combustible. Haciendo referencia a la Figura 2, una corriente de gas natural en la línea 30 es hecha pasar a un primer módulo de pre-procesado o preparación 90 que comprende una zona de desulfurización. La zona de desulfurización contiene un sorbente para remover impurezas como compuestos de azufre incluyendo sulfuro de hidrógeno y mercaptanos . El sorbente de desulfurización es seleccionado del grupo que consiste en zeolitas, carbón activado, alúmina activada, óxido de zinc y mezclas de estos. Una corriente de gas natural procesado es removida de la primera zona de pre-procesado en la línea 31 y se hace pasar por las líneas 31 y 40 hacia una zona de procesador de combustible 93. La zona de procesador de combustible comprende los componentes revelados y descritos respecto a la Figura 1 para las operaciones de pre-reformación, oxidación parcial, reformación y procesado de quemador, y las operaciones de intercambio de calor primera y segunda para proporcionar calor hacia la zona de pre-reformación y para eliminar calor de la zona de reacción de desplazamiento de gas y agua, respectivamente . Una primera corriente de aire en la línea 42 es hecha pasar a la zona de oxidación parcial de la zona de procesador de combustible 93, una segunda corriente de aire en la línea 55 y una corriente de gas de desechos del ánodo e? la línea 54 son hechas pasar a la zona de quemador de la zona de procesador de combustible 93, y una corriente de producto de hidrógeno es extraída de la zona de procesador de combustible 93 en la línea 44. Dependiendo del tipo de sistema de celda de combustible utilizado en la celda de combustible 97, pueden utilizarse esencialmente 3 tipos de módulos de post-procesado, de requerirse algún postprocesado. El grado de post-procesado también dependerá de los requisitos de pureza de hidrógeno de la celda de combustible 97. Por ejemplo, si la celda de combustible está diseñada para consumir menos del 70 por ciento; es decir, el consumo de hidrógeno por pasada es de entre 50 a 75 por ciento, y la celda de combustible requiere reducción de monóxido de carbono, entonces el producto de hidrógeno es pasado por las líneas 44 y 45 hacia una zona de oxidación selectiva 94 para oxidar catalíticamente el monóxido de carbono a bióxido de carbono y producir una corriente de hidrógeno procesado en la línea 46. La corriente de hidrógeno procesado es hecha pasar por las líneas 46 y el cabezal de hidrógeno 52 hacia el lado de ánodo 97a de la celda de combustible 97. Una corriente de oxígeno como una tercera corriente de aire en la línea 56 es hecha pasar al lado de cátodo 97b de la celda de combustible 97 para producir energía eléctrica. Similarmente, una zona de metanación 95, puede utilizarse para reducir la concentración de monóxido de carbono en la corriente de producto de hidrógeno en la línea 44 haciendo pasar la corriente de producto de hidrógeno hacia la zona de metanación 95 mediante las líneas 44 y 47, y ahí poniendo en contacto la corriente de producto de hidrógeno con un catalizador de metanación a condiciones efectivas conocidas en la técnica para producir la corriente de hidrógeno procesado en la línea 48, que es transportada al lado de ánodo 97a de la celda de combustible 97 mediante el cabezal de hidrógeno 52. Cuando la celda de combustible 978 está diseñada para operar convirtiendo cuando menos 80% molar del hidrógeno por pasada, el módulo de post-procesado 96 puede incluir un paso de adsorción por oscilación de presión o de temperatura para producir una corriente de hidrógeno de alta pureza en la línea 50. La corriente de hidrógeno de alta pureza comprende una pureza de hidrógeno mayor a un 95 por ciento de hidrógeno. Como parte del paso de adsorción por oscilación de temperatura o de presión, se produce una corriente de desechos a bajas presiones en la línea 54 que es devuelta a la zona de quemador en la zona de procesador de combustible 93. La ventaja de utilizar el paso de adsorción por oscilación de presión o de temperatura en el módulo de post-procesado 96 es que la operación de la zona de quemador se hace más estable y quedan disponibles gases de desecho e hidrógeno de alta pureza en un lapso de hasta 20 segundos luego del inicio de las operaciones. Las operaciones catalíticas como las de la zona de oxidación selectiva 94 u la zona de metanación 95 requieren de un retardo de entre 20 y 30 minutos antes de que la zona catalítica pueda llegar a condiciones de operación efectivas y quede disponible cualquier corriente de producto de hidrógeno adecuadamente tratado. Cuando se utiliza el paso de adsorción por oscilación de temperatura o de presión, una porción del hidrógeno de alta pureza puede pasarse por la línea 50, el cabezal de hidrógeno 52 y la línea 58 para proporcionar una corriente de hidrógeno para desulfurizar catalíticamente una materia prima de gasolina en el módulo pre-procesador 92 que comprende una zona de desulfurización catalítica y una zona de desulfurización de sorbente. Aunque no se muestra en el dibujo, una porción de la corriente de producto de hidrógeno puede hacerse pasar a la zona de desulfurización para desulfurizar la materia prima de gasolina. La zona de desulfurización del módulo de pre-procesado 92 es similar a la zona de desulfurización del módulo de pre-procesado 90. La corriente de gas de petróleo licuado (LPG) en la línea 32 generalmente está esencialmente libre de azufre que posee menos de 1 ppm de peso de azufre, y el módulo pre-procesador 91 comprende una válvula de presión para reducir la presión del LPG sobre la presión del sistema procesador de combustible . Como se muestra en la Figura 3, el aparato combinado de zona de reacción 200 comprende una capa de reactor verticalmente alineada que posee una pared lateral 235, una cabeza superior 202 y una cabeza inferior 236. La pared lateral 235 está aislada y define una zona de reactor interior. La zona de reactor interior posee una zona de capa superior 212, una zona de capa central 216 y una zona de capa inferior 233. Una manga de centro hueco 209 está dispuesta con sello sobre la cabeza superior 202 y se extiende hacia abajo y hacia la zona de capa inferior 233. La manga de centro hueco 209 posee un interior hueco que define una zona de núcleo superior 204, una zona de núcleo central 211 y una zona de núcleo inferior 213. Un primer catalizador de oxidación está dispuesto en la zona de núcleo central 211 o zona de reacción de oxidación parcial. Un tope de partículas poroso 203 está dispuesto rígidamente en la zona de núcleo superior 204 bajo la cabeza superior 202. Una partición intermedia 237 está dispuesta con sello en la pared lateral 235 en la zona de capa central 216 y posee un diámetro que converge hacia abajo sobre su longitud, y se extiende hacia abajo y hacia la zona de capa inferior 233 rodeando una porción de la manga de centro hueco 209. Una zona de quemador 239 está definida dentro de la zona de reactor interior fuera de la partición intermedia. La partición intermedia 237 puede soldarse o disponerse con sello a la pared lateral 235. Una zona de reformación 215 está definida dentro de la zona de reactor interior dentro de la partición intermedia 237. La zona de núcleo inferior 213 está en comunicación de fluidos con la zona de reformación 215. Un catalizador de reformación está dispuesto sobre el fondo de la partición intermedia 237 en la zona de reformación 215 o en la zona de núcleo inferior 213. Una pantalla anular superior 217 está dispuesta rígidamente entre la pared lateral 235 y la partición intermedia 237 en la zona de quemador 239. Una pantalla anular inferior 219 está dispuesta similarmente en la zona de quemador por debajo de la pantalla anular superior 217. La pantalla anular inferior 219 está soportada rígidamente por anillos de soporte exterior e interior (221,220). El anillo de soporte exterior 221 está dispuesto rígidamente sobre la pared lateral 235 y el anillo de soporte interior 220 está rígidamente dispuesto sobre la partición intermedia 237 en la zona de capa inferior 233. Una boquilla de entrada de alimentación 201 está dispuesta en la cabeza superior 202 en comunicación de fluidos con la zona de capa superior 212. Una boquilla de salida de producto 231 está dispuesta en la pared lateral 235 o la cabeza superior 202 en comunicación de fluidos con la zona de núcleo superior 204. Una boquilla de alimentación de quemador 223 está dispuesto en la pared lateral 235 o en la cabeza inferior 236 en comunicación de fluidos con la zona de quemador 239. Una boquilla de escape 229 para la salida de gases de combustión está dispuesta en la pared lateral 235 en comunicación de fluidos con la zona de quemador 239. Un encendedor 205 se extiende por la cabeza superior 202 y hacia abajo a través del tope de partículas poroso 203 hacia la zona de núcleo de centro 211. El encendedor 205 está dispuesto desprendiblemente a través de la cabeza superior 202 y el tope de partículas poroso 203. El encendedor 205 está comprendido por dos rodillos que poseen un extremo proximal y un extremo distal. Los rodillos comprenden una aleación como incoloy y están unidos a cuando menos tres barras cruzadas en el extremo distal. Los rodillos están colocados dentro de la zona de núcleo central o zona de reacción de oxidación parcial 211, de manera que cuando se aplica suficiente corriente eléctrica a los extremos proximales de los rodillos de ignición, se transferirá calor al catalizador de oxidación parcial en una cantidad que es efectiva para iniciar la reacción de oxidación parcial. En el aparato de zona de reacción combinada 200, está dispuesto un primer catalizador de oxidación en la zona de núcleo de centro 211. Un catalizador de reformación está dispuesto en la zona de núcleo inferior 213 y en la zona de reformación 215. Un segundo catalizador de oxidación está dispuesto en la zona de capa inferior 233 entre las pantallas anulares superior e inferior (217,219) . Opcionalmente, una primera capa de inertes está dispuesta sobre el primer catalizador de oxidación en la zona de núcleo superior 204. Una segunda capa de inertes está dispuesta en la zona de capa superior 212 sobre la zona de reformación 215. Una tercer capa de inertes 227 está dispuesta por debajo de la pantall anular superior 217 y por encima del segundo catalizador d oxidación 225. Las capas inertes sobre el catalizado funcionan para soportar los catalizadores durante e ensamblaje del aparato combinado de zona de reacción 200 para mejorar la distribución de fluidos y transferencia de calor dentro del aparato de zona de reacción combinada 200. El aparato de zona de reacción combinada 200 se muestra incluyendo las funciones de una zona de oxidació parcial 211, una zona de reformación 215, una zona de quemador 239, una primera zona de transferencia de calo interna entre los gases de escape y la zona de reformación una segunda zona de transferencia de calor interna entre l zona de oxidación parcial 211 y la zona de reformación 215. La zona de oxidación parcial 211 funciona para proporciona calor a la zona de reformación 215 y la zona de reformació calentada proporciona calor para encender la zona de quemado 239. Por consiguiente, el aparato incluye dos zonas de quemador (211 y 239) donde la primera zona de quemador proporciona calor para encender la segunda zona de quemador 239 sin la necesidad de un encendedor en la segunda zona de quemador. La primera zona de quemador comprende la zona de oxidación parcial que contiene un primer catalizador de oxidación y la segunda zona de quemador comprende la zona de quemador. Un segundo catalizador de oxidación 225 está preferiblemente dispuesto en la zona de quemador 239 para asistir en la combustión de gases en la zona de quemador. En la zona de quemador 239, un gas combustible o gas de desecho como un gas de desecho del ánodo de la zona de celda de combustible hace una combustión esencialmente completa. En el arranque, se introduce alimentación de oxidación parcial o el efluente de la zona de pre-reformación en la entrada del reactor de oxidación parcial 201 y se hace pasar a una zona de reacción de oxidación parcial 211 formada por el interior de la manga central. La alimentación de oxidación parcial pasa a través de un lecho de material inerte en la zona de núcleo superior 204. El material inerte puede incluir esferas de cerámica, sílice, vidrio o cuarzo. La alimentación de oxidación parcial entra en contacto con el catalizador de oxidación parcial en la zona de núcleo central 211. Este lecho de material inerte funciona para colocar la zona de oxidación parcial en el centro del aparato de zona de reacción combinada 200 y proporciona un impulso térmico que permite utilizar metales menos exóticos como acero inoxidable en la construcción del aparato de zona de reacción combinada. Un catalizador de oxidación parcial que es particularmente útil para oxidar metano a bajas temperaturas de encendido es un catalizador preparado a base de alfa-alúmina que posee 1% del peso de platino y que posee una actividad acida reducida. La acidez del catalizador de oxidación parcial es reducida al añadir 0.35% del peso de litio a la alfa-alúmina. EJEMPLOS EJEMPLO 1 La operación de un procesador de combustible de la presente invención fue simulada con un diseño de ingeniería y sistema de simulación para la conversión de una corriente de gas natural a temperatura ambiente a energía eléctrica utilizando una celda de combustible PEM donde la corriente de desechos del ánodo extraída de la celda de combustible es la única fuente de combustible para calentar la zona de pre-reformación. El procesador de combustible está diseñado para producir aproximadamente 130 NL/mn de hidrógeno a convertirse en aproximadamente 10 kW (producción neta de aproximadamente 7 kW) de electricidad a partir de la celda de combustible, utilizando aproximadamente 70% de hidrógeno por pasada. Dentro del sistema, la temperatura de salida de la zona combinada de reformación/oxidación parcial es mantenida a aproximadamente 650°C y la temperatura del gas de combustión que sale de la zona de quemador se mantiene a unos 650°C controlando el régimen de las corrientes de aire primera y segunda que pasan a la zona de reformación/oxidación parcial y la zona de quemador, respectivamente. En el esquema para procesar gas natural, el gas natural a un régimen de flujo de aproximadamente 2.07 kg/h y una presión de unos 1.3 kPa es hecho pasar a un compresor para elevar la presión a 86 kPa y una temperatura de aproximadamente 80°C para proporcionar una corriente de alimentación comprimida. La corriente alimentadora comprimida es hecha pasar a un tratador que contiene óxido de zinc y que opera a una temperatura de desulfurización de aproximadamente 250°C para eliminar impurezas de azufre y para producir una corriente alimentadora tratada. La corriente alimentadora tratada es hecha pasar a una zona de pre-reformación que contiene un catalizador de pre-reformación y es calentado mediante los gases de combustión de una zona de quemador de manera que la corriente de efluente de pre-reformación se mantiene a una temperatura de efluente de pre-reformación de entre 400 y 650°C. El efluente de pre-reformación comprende aproximadamente 40% molar de hidrógeno, 19.2% molar de metano, 1.2% molar de CO, 7.6% molar de C02, 0.6% molar de N2 y aproximadamente 31.4% molar de H20. El efluente de pre-reformación es hecho pasar a una zona combinada de reformación/oxidación parcial y se introduce la segunda corriente de aire a un segundo régimen de aire para mantener la temperatura de salida de la zona reformadora a o por debajo de 650°C. Aproximadamente 6.5 kg/h de aire se combinan con aproximadamente 6.54 kg/h de efluente de pre-reformación para producir un efluente de reformación de aproximadamente 13.04 kg/h. El efluente de reformación comprende aproximadamente 39.1% molar de H2, 22.2% molar de H20, 11% molar de metano, 7.8% molar de C02, 7.0 molar de CO y aproximadamente 22.8% molar de N2. El efluente es hecho pasar a un convertidor de desplazamiento que es enfriado por intercambio indirecto de calor con una corriente de agua ionizada para producir una corriente de vapor y una corriente de efluente de desplazamiento. La corriente de efluente de desplazamiento comprende 45.66% molar de H2, 22.8% molar de nitrógeno, 14.36% molar de C02, 15.6% molar de H20 y aproximadamente 0.5% molar de CO. La corriente de efluente de desplazamiento o corriente de producto de hidrógeno es hecha pasar a una zona preferencial de oxidación (prefox) para la reducción ulterior del contenido de CO de la corriente de hidrógeno a menos de 50 ppm molar de CO. Una corriente de efluente prefox es extraída de la zona prefox a una temperatura de unos 80°C. El efluente prefox o corriente de producto de hidrógeno con CO reducido, o efluente "prefox" es hecho pasar al lado del ánodo de la celda de combustible para producir 10.4 kW de energía eléctrica y una corriente de gases de desecho del ánodo. La celda de combustible utiliza un 70% del hidrógeno produce una corriente de gases de desecho del ánodo. Aproximadamente de 1 a 1.6 kW de energía se consumen por e compresor y se introduce una segunda corriente de aire de u ventilador a un segundo régimen de aire para mantener l temperatura de salida de la zona de reformación a o a menos de 650°C. Aproximadamente 6.5 kg/h de aire se combinan co 6.54 kg/h de efluente de pre-reformación para producir u efluente de aproximadamente 13.04 kg/h. El efluente d reformación comprende 39.1% molar de H2, 22.2% molar de H20, 1.1% molar de metano, 7.8% molar de C02, 7.0 molar de CO aproximadamente 22.8% molar de N2. El efluente es hecho pasa a un convertidor de desplazamiento que es enfriado po intercambio de calor indirecto con una corriente de agu ionizada para producir una corriente de vapor y una corrient de efluente de desplazamiento. La corriente de efluente d desplazamiento comprende 45.66% molar de H2, 22.8% molar d nitrógeno, 14.36% molar de C02, 15.6% molar de H20 aproximadamente 0.5% molar de CO. EJEMPLO II La presente invención permite que las piezas de cambiador de calor y del reactor del procesador de combustible funcionen dentro de las limitaciones d temperatura y presión del acero al carbono y el acero inoxidable, lo que influye significativamente sobre el costo total del procesador de combustible. La siguiente tabla presenta el costo relativo del procesador de combustible como función de los materiales de construcción. Al operar el procesador de combustible de forma que el lado caliente del proceso no excede los 700°C, puede utilizarse acero inoxidable o acero al carbón lo que resulta en ahorros importantes sobre la operación en reactores de reformación y zonas de combustión en la región radiante de intercambio de calor para lograr altas eficiencias de intercambio de calor y utilizar materiales exóticos . La siguiente Tabla presente el costo relativo del procesador de combustible como función de los materiales de construcción respecto al costo de todos los material de acero al carbono. La presente invención como se muestra en la Figura 1 al operarse para mantener la temperatura de salida de reformación y la temperatura de gases de combustión por debajo de 650°C, permite el uso de acero al carbono o acero inoxidable para los cambiadores de calor y reactores del sistema. Sorprendentemente, esta limitación de temperatura del lado caliente resulta en una significativa ventaja de costos para el sistema en general. Por ejemplo, según la proporción de costos utilizada para el uso de incoloy, existe una ventaja de costo de 12:1 para los materiales de acero al carbono y una ventaja de 2-3:1 para el uso de materiales de acero inoxidable (304 o 316) sobre el uso de incoloy. TABLA
COSTO RELATIVO DEL EQUIPO DE PROCESADOR DE COMBUSTIBLE Material Temperatura Esfuerzos Costo max. permitidos Acero al carbono 480°C 45 MPa 1
2-1/4 Cr - 1 Mo 650°C 9.6 MPa 3
9 Cr - 1 Mo 650°C 10.3 MPa 6.55
304 S.S. 815°C 9.6 MPa 3.95
316 S.S. 815°C 9 MPa 5.7
321 S.S. 815°C 2 MPa 6
347 S.S. 815°C 5.5 MPa 7.8
Incoloy 80OH 900°C 6.7 MPa 11.9
HK 404 1,100°C 5.5 MPa 16.3