WO2016097454A1 - Reformador de hidrocarburos y/o alcoholes y procedimiento de reformado de hidrocarburos y/o alcoholes - Google Patents

Reformador de hidrocarburos y/o alcoholes y procedimiento de reformado de hidrocarburos y/o alcoholes Download PDF

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hydrocarbon
circuit
alcohols
burner
hydrocarbons
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PCT/ES2015/070928
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Francisco Jose FERNANDEZ VEGA
Enrique Del Pozo Polidoro
Rocio DOMINGUEZ JIMENEZ
María MAYNAR MUÑOZ
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Abengoa Hidrogeno, S.A.
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    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
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    • B01J8/06—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds in tube reactors; the solid particles being arranged in tubes
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    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
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    • C01B3/34—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
    • C01B3/36—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using oxygen or mixtures containing oxygen as gasifying agents
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    • C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
    • C01B3/34—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
    • C01B3/38—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts

Definitions

  • the present invention relates to a reformer of hydrocarbons and / or alcohols, which allows the production of hydrogen in an efficient manner. Furthermore, according to a second aspect, the present invention relates to a process of reforming hydrocarbons and / or alcohols for the production of hydrogen.
  • Water vapor reforming is the most appropriate and common method of producing hydrogen from natural gas and other hydrocarbons and / or alcohols, where high temperature water vapor reacts with hydrocarbons and / or alcohols inside the reformer.
  • the reaction that takes place in natural gas reforming is:
  • the water vapor reforming reaction is strongly endothermic, so it requires external energy input.
  • the International Energy Agency points to the reform of Natural gas next to electrolysis, as one of the most developed technologies to produce hydrogen. With this technology, the production of 200 kg / day of hydrogen required in the final application can be achieved.
  • the process of reforming natural gas with water vapor takes place following two circuits in which the currents interact thermally but never mix.
  • the first circuit corresponds to the production of hydrogen where the previously conditioned natural gas and water are mixed and reacted in the reforming reactor, so that a purification process is then carried out through two processes, one chemical (in a second reactor in which the water displacement reaction occurs, producing even more hydrogen) and another physical (in adsorption columns at high pressures), obtaining a hydrogen stream with 99.999% purity.
  • the second circuit corresponds to a stream of high temperature post-combustion gases that are used to provide the necessary heat to the equipment of the first circuit. These gases are the result of the combustion of natural gas and air in a burner.
  • the objective of the present invention is to provide a reformer that is more efficient and compact, achieving a more uniform temperature and that can be manufactured in the simplest way possible and that facilitates maintenance work, including introduction and replacement. of the catalyst.
  • a first aspect of the present invention relates to a hydrocarbon and / or alcohol reformer integrated with a burner, comprising a first hydrogen-rich reforming gas production circuit; and a second circuit for the conduction of gases obtained by combustion that takes place in the burner; and characterized in that the second circuit comprises an inner shield of a material that radiates heat and that the first circuit comprises a plurality of straight reaction tubes parallel to each other placed around said inner shield.
  • the length of said reaction tubes is greater than the length of the inner shield.
  • the reaction tubes are at least between 20% and 200% longer than the inner shield, in a more preferred embodiment they are between 50 and 150% longer. And in an even more preferred embodiment they are between 80 and 120% longer.
  • Said reaction tubes advantageously comprise a catalytic bed, said catalytic bed extending along the entire length of the reaction tubes.
  • the set of reaction tubes is preferably externally surrounded by an insulating tube.
  • said inner shield is made of silicon carbide, although it could be of any material with a high thermal conductivity and a high melting point, preferably greater than 1200 ° C, which resists thermal shock and provides mechanical resistance. adequate.
  • said second circuit comprises a baffle to increase the turbulence of the gases arranged at the exit of one of the ends of the inner shield, and the reformer comprises an outer casing provided with a spiral, this spiral being arranged around the baffle.
  • the inner shield is a cylinder.
  • the shield may comprise gaps in its surface.
  • said burner is disposed at one end of the shield interior, preferably at the end of the inner shield furthest from the deflector, so that the flame produced by the burner is housed throughout its length within the inner shield.
  • the burner uses natural gas and air to generate combustion gases.
  • the reformer is preferably positioned vertically, in order to avoid preferential paths and to facilitate the distribution of gases evenly between the tubes.
  • a second aspect of the invention relates to a process for reforming hydrocarbons and / or alcohols to produce hydrogen comprising the following steps:
  • the process according to the present invention also optionally comprises the stage of causing turbulence of the flue gas around the second portion of the first circuit.
  • the arrangement of the reaction tubes around the inner shield preferably forming a circumference, facilitates access to the interior of the reformer and maintenance tasks by the preferential circular arrangement of the tubes around the inner shield.
  • Figure 1 is an elevational view of the hydrocarbon and / or alcohol reformer according to the present invention
  • Figure 2 is a sectional elevational view of the hydrocarbon and / or alcohol reformer according to the present invention
  • Y is an elevational view of the hydrocarbon and / or alcohol reformer according to the present invention
  • Figure 3 is a front view of the reaction tube assembly of the hydrocarbon reformer and / or alcohols according to the present invention. Description of a preferred embodiment
  • FIGs 1 and 2 the reformer according to the present invention is shown, which comprises a first hydrogen production circuit; and a second circuit for the conduction of gases obtained by combustion of natural gas and air in a burner 1.
  • Said first circuit comprises a reforming gas inlet 10, which is a mixture of natural gas and water vapor, a plurality of reaction tubes 1 1, which will be described in more detail below, and an outlet 12 where the hydrogen formed during the reforming process.
  • a reforming gas inlet 10 which is a mixture of natural gas and water vapor
  • reaction tubes 1 which will be described in more detail below
  • an outlet 12 where the hydrogen formed during the reforming process.
  • the entrance 10 is arranged in an upper area of the reformer and the output 12 is arranged in a lower area of the reformer.
  • said second circuit comprises an inlet 20 of combustion gases, an inner shield 21, which will be described in more detail below, and an outlet 22 where the combustion gases exit.
  • the entrance 20 is arranged in a lower area of the reformer and the output 22 is arranged in a higher area of the reformer.
  • the reaction tubes 1 1 are straight and are arranged parallel to each other around the central tube 21, defining a circumference.
  • Each of the reaction tubes 11 has a fixed catalytic bed where the catalyzed reaction of the natural gas with the water vapor produces hydrogen.
  • the reaction tubes 11 preferably contain the catalytic bed throughout its length, so it is necessary that the temperature along them be homogeneous.
  • the inner shield 21 is arranged in the area where the burner flame 1 is placed.
  • This inner shield is made of a material that radiates heat, such as silicon carbide, which collects the flame radiation that comes from the burner 1 and transfers it to the reaction tubes 11.
  • reaction tubes 1 1 are longer than the inner shield 21.
  • two differentiated zones in said reaction tubes 1 1 can be defined, a radiation zone, defined by the inner shield 21, and a convection zone, defined in the area where the inner shield 21 is not present.
  • the set of reaction tubes 1 1 is surrounded by an insulation tube 3 to confine both radiation and convection heat. In this way, high efficiency insulation is available to avoid a disproportionate thickness of the reformer.
  • the reformer according to the present invention also comprises an outer casing 5 provided, in this convection zone, with a spiral 51, which is arranged around the deflector 4, allowing this spiral 51 to better distribute the flue gases.
  • the reformer has a preferably vertical arrangement with downward flow of gases. This vertical arrangement is necessary to prevent the compaction of the catalytic bed over time to produce preferential paths that can occur in the upper part of the reaction tubes 11, if these were in a horizontal position.
  • reaction tubes 11 are joined at their ends by means of two tubular plates that hold them together and which allows them to be closed with two manifolds, one of inlet 1 10 and one of outlet 11 1.
  • reaction tubes 11 do not present any restriction to their expansion, so the only efforts considered in their design will be the due to the internal pressure and those induced by the temperature difference between the inlet 10 and the outlet 12. This temperature difference induces a deformation of the reaction tubes 11 perpendicular to its guideline, which generates a bending moment. At this time, the main mechanical stresses that appear in the pipes, which limit the design pressure of the equipment, are due.
  • reaction tubes 73 mm
  • reaction tubes 11 The function of the reaction tubes 11 is to allow the passage of natural gas and water vapor inside which, in the presence of the catalyst and at the reaction temperature, propitiate the reaction required to obtain the reforming gas.
  • the reaction tubes 1 1 can be fifteen tubes spaced apart equidistant defining a circle.
  • the catalyst is a substance present within the reaction tubes 1 1 in physical contact with the reaction mixture (natural gas and water vapor) in order to cause the reaction necessary to obtain the reforming gas to take place .
  • the catalyst that is preferably used is a composition of calcium aluminate and nickel in the form of pellets.
  • Burner 1 is a composition of calcium aluminate and nickel in the form of pellets.
  • Burner 1 is responsible for generating the combustion of natural gas inside the reformer. Both the flame and combustion gases are used to provide the necessary thermal power to the natural gas reforming process that occurs inside the reformer.
  • It is a stainless steel element, whose function is to promote the exchange of heat at the outlet of the flue gases of the reformer with the reforming gas.
  • It is a stainless steel cylinder. Its function is to seal the reformer by insulating the interior from the outside, where the flue gases circulate. It contains a spiral 51 of helical shape that produces a turbulent regime of the gas, favoring the exchange of heat in the convector zone of the reformer.
  • the present invention relates to a process for reforming hydrocarbons and / or alcohols to produce hydrogen.
  • the mixture of hydrocarbons and / or alcohols with water vapor is heated by convection in a first portion of the first circuit by exchanging heat with the flue gases, and they are also heated by radiation in a second portion of the first circuit by means of the flame generated in the burner 1 and through the inner shield 21, causing said heating by radiation and by convection the reforming of the hydrocarbons and / or alcohols to produce a hydrogen-rich reforming current.
  • the reaction tubes 11 that form the first circuit comprise a catalytic bed, as described above.
  • the process can also comprise the stage of causing turbulence of the flue gas around the second portion of the first circuit. These turbulences are produced by the deflector 4 described above.

Abstract

El reformador de hidrocarburos y/o alcoholes comprende un primer circuito de producción de hidrógeno y un segundo circuito para la conducción de gases obtenidos mediante de la combustión de gas natural y aire en un quemador (1); y se caracteriza porque el segundo circuito comprende un escudo interior (21) de un material que irradia calor y porque el primer circuito comprende una pluralidad de tubos de reacción (11) rectos paralelos entre sí colocados circunferencialmente alrededor de dicho escudo interior (21). Permite obtener un proceso más eficiente y por tanto, mayor rendimiento y una temperatura más uniforme, definiendo dos zonas de transferencia de calor, una por radiación del calor procedente de lallama del quemador, definida por el escudo interior, y otra por convección, definida en la zona donde está dispuesto el deflector y la espiral.

Description

REFORMADOR DE HIDROCARBUROS Y/O ALCOHOLES Y PROCEDIMIENTO DE REFORMADO DE HIDROCARBUROS Y/O ALCOHOLES
DESCRIPCIÓN
Campo de la invención
La presente invención se refiere a un reformador de hidrocarburos y/o alcoholes, que permite la producción de hidrógeno de una manera eficiente. Además, según un segundo aspecto, la presente invención se refiere a un procedimiento de reformado de hidrocarburos y/o alcoholes para la producción de hidrógeno.
Antecedentes de la invención
El reformado con vapor de agua es el método más adecuado y común de producción de hidrógeno a partir de gas natural y otros hidrocarburos y/o alcoholes, donde el vapor de agua a alta temperatura reacciona con los hidrocarburos y/o alcoholes en el interior del reformador. En particular, la reacción que tiene lugar en el reformado de gas natural es:
CH4 + H20 CO + 3H2
La reacción de reformado con vapor de agua es fuertemente endotérmica, por lo que requiere el aporte de energía externa.
Cabe resaltar que el reformado de hidrocarburos y/o alcoholes, y en concreto el reformado de gas natural, es un proceso ampliamente establecido en la industria química y en refinerías, siendo una tecnología madura, que se señala como la mejor opción para producir hidrógeno a partir de combustibles fósiles. El Departamento de Energía de Estados Unidos (en adelante, DOE) señala que el 95% del hidrógeno producido en EEUU procede de procesos de reformado de gas natural.
Por otro lado, la Agencia Internacional de la Energía (IEA) señala al reformado de gas natural junto a la electrólisis, como una de las tecnologías más desarrolladas para producir hidrógeno. Con esta tecnología se puede alcanzar la producción de 200 kg/día de hidrógeno requerida en la aplicación final. El proceso de reformado de gas natural con vapor de agua tiene lugar siguiendo dos circuitos en los que las corrientes interactúan de manera térmica pero que en ningún momento se mezclan.
El primer circuito corresponde a la producción de hidrógeno donde el gas natural y el agua, previamente acondicionados, se mezclan y reaccionan en el reactor de reformado, para que a continuación se lleve a cabo un proceso de purificación mediante dos procesos, uno químico (en un segundo reactor en el que se produce la reacción de desplazamiento del agua, produciendo aún más hidrógeno) y otro físico (en columnas de adsorción a altas presiones), obteniéndose una corriente de hidrógeno con un 99,999% de pureza.
El segundo circuito corresponde a una corriente de gases de postcombustión a alta temperatura que se usan para proporcionar el calor necesario a los equipos del primer circuito. Estos gases son el resultado de la combustión de gas natural y aire en un quemador.
Por lo tanto, el objetivo de la presente invención es proporcionar un reformador que sea más eficiente y compacto, consiguiéndose una temperatura más uniforme y que pueda fabricarse de la manera más sencilla posible y que facilite las labores de mantenimiento, incluyendo la introducción y la sustitución del catalizador.
Descripción de la invención
Con el reformador de hidrocarburos y/o alcoholes de la invención se consiguen resolver los inconvenientes citados, presentando otras ventajas que se describirán a continuación.
Un primer aspecto de la presente invención se refiere a un reformador de hidrocarburos y/o alcoholes integrado con un quemador, que comprende un primer circuito de producción de gas de reformado rico en hidrógeno; y un segundo circuito para la conducción de gases obtenidos mediante la combustión que tiene lugar en el quemador; y se caracteriza porque el segundo circuito comprende un escudo interior de un material que irradia calor y porque el primer circuito comprende una pluralidad de tubos de reacción rectos paralelos entre sí colocados alrededor de dicho escudo interior.
La longitud de dichos tubos de reacción es mayor que la longitud del escudo interior. Preferiblemente los tubos de reacción son al menos entre un 20% y un 200% más largos que el escudo interior, en una realización más preferida son entre un 50 y un 150% más largos. Y en una realización aún más preferida son entre un 80 y un 120% más largos.
Dichos tubos de reacción comprenden ventajosamente un lecho catalítico, extendiéndose dicho lecho catalítico a lo largo de toda la longitud de los tubos de reacción.
Además, el conjunto de tubos de reacción está preferentemente rodeado exteriormente mediante un tubo de aislamiento.
Según una realización preferida, dicho escudo interior es de carburo de silicio, aunque podría ser de cualquier material con una alta conductividad térmica y un punto de fusión elevado, preferiblemente superior a 1200°C, que resista al choque térmico y que proporcione una resistencia mecánica adecuada.
Opcionalmente, dicho segundo circuito comprende un deflector para aumentar la turbulencia de los gases dispuesto a la salida de uno de los extremos del escudo interior, y el reformador comprende una carcasa exterior provista de una espiral, estando dispuesta esta espiral alrededor del deflector.
En una realización preferida, el escudo interior es un cilindro. Opcionalmente, el escudo puede comprender huecos en su superficie.
Además, dicho quemador está dispuesto en uno de los extremos del escudo interior, preferentemente en el extremo del escudo interior más alejado del deflector, de forma que la llama producida por el quemador queda alojada en toda su longitud dentro del escudo interior.
En una realización preferente, el quemador utiliza gas natural y aire para generar los gases de combustión.
Además, el reformador preferiblemente está colocado verticalmente, con el objetivo de evitar caminos preferentes y facilitar que los gases se distribuyan uniformemente entre los tubos.
Un segundo aspecto de la invención se refiere a un procedimiento para reformar hidrocarburos y/o alcoholes para producir hidrógeno que comprende las siguientes etapas:
- alimentar una mezcla de hidrocarburos y/o alcoholes con vapor de agua a un primer circuito;
- alimentar combustible, preferiblemente gaseoso, a un segundo circuito para su combustión mediante un quemador, generando una llama y una corriente de gases de combustión;
- calentar por convección los hidrocarburos y/o alcoholes en una primera porción del primer circuito, mediante los gases de combustión generados en el quemador; y
- calentar por radiación los hidrocarburos y/o alcoholes en una segunda porción del primer circuito, a través del escudo interior, mediante la llama generada en el quemador, provocando dicho calentamiento por radiación y por convección el reformado de los hidrocarburos y/o alcoholes para producir una corriente de reformado rica en hidrógeno.
Además, el procedimiento de acuerdo con la presente invención también comprende opcionalmente la etapa de provocar turbulencias del gas de combustión alrededor de la segunda porción del primer circuito.
Con el reformador y el procedimiento de acuerdo con la presente invención se consiguen al menos las siguientes ventajas:
- permite obtener un mayor rendimiento y una temperatura más uniforme, definiendo dos zonas de transferencia de calor, una por radiación del calor procedente de la llama del quemador, definida por el escudo interior, y otra por convección, definida en la zona donde está dispuesto el deflector y la espiral.
- la utilización de tubos de reacción rectos facilita las tareas de mantenimiento, incluyendo la colocación y sustitución del catalizador, por la utilización exclusiva de tubos de reacción rectilíneos.
- la disposición de los tubos de reacción alrededor del escudo interior, preferentemente formando una circunferencia, facilita el acceso al interior del reformador y las tareas de mantenimiento por la disposición preferente circular de los tubos alrededor del escudo interior.
Breve descripción de los dibujos
Para mejor comprensión de cuanto se ha expuesto, se acompañan unos dibujos en los que, esquemáticamente y tan sólo a título de ejemplo no limitativo, se representa un caso práctico de realización.
La figura 1 es una vista en alzado del reformador de hidrocarburos y/o alcoholes de acuerdo con la presente invención; La figura 2 es una vista en alzado en sección del reformador de hidrocarburos y/o alcoholes de acuerdo con la presente invención; y
La figura 3 es una vista frontal del conjunto de tubos de reacción del reformador de hidrocarburos y/o alcoholes de acuerdo con la presente invención. Descripción de una realización preferida
En las figuras 1 y 2 se representa el reformador de acuerdo con la presente invención, que comprende un primer circuito de producción de hidrógeno; y un segundo circuito para la conducción de gases obtenidos mediante la combustión de gas natural y aire en un quemador 1.
Dicho primer circuito comprende una entrada 10 de gas de reformado, que es una mezcla de gas natural y vapor de agua, una pluralidad de tubos de reacción 1 1 , que se describirán con más detalle a continuación, y una salida 12 por donde sale el hidrógeno formado durante el proceso de reformado. Como se puede apreciar en la figura 1 , y de acuerdo con la disposición representada, la entrada 10 está dispuesta en una zona superior del reformador y la salida 12 está dispuesta en una zona inferior del reformador.
Por su parte, dicho segundo circuito comprende una entrada 20 de gases de combustión, un escudo interior 21 , que se describirá con más detalle a continuación, y una salida 22 por donde salen los gases de combustión. Como se puede apreciar en la figura 1 , y de acuerdo con la disposición representada, la entrada 20 está dispuesta en una zona inferior del reformador y la salida 22 está dispuesta en una zona superior del reformador.
Los tubos de reacción 1 1 son rectos y están dispuestos paralelos entre sí alrededor del tubo central 21 , definiendo una circunferencia. Cada uno de los tubos de reacción 11 tiene un lecho catalítico fijo donde se produce la reacción catalizada del gas natural con el vapor de agua produciendo hidrógeno.
Los tubos de reacción 11 contienen preferentemente el lecho catalítico en toda su longitud, por lo que es necesario que la temperatura a lo largo de los mismos sea homogénea.
El escudo interior 21 está dispuesto en la zona donde está colocada la llama del quemador 1. Este escudo interior es de un material que irradia calor, tal como carburo de silicio, que recoge la radiación de la llama que proviene del quemador 1 y la transfiere a los tubos de reacción 11.
Como se puede apreciar en la figura 2, los tubos de reacción 1 1 tienen una longitud mayor que el escudo interior 21. De esta manera, se pueden definir dos zonas diferenciadas en dichos tubos de reacción 1 1 , una zona de radiación, definida por el escudo interior 21 , y una zona de convección, definida en la zona donde no está presente el escudo interior 21.
Además, el conjunto de los tubos de reacción 1 1 está rodeado por un tubo de aislamiento 3 para confinar tanto la radiación como el calor de convección. De esta manera, se dispone de un aislamiento de alta eficacia para evitar un espesor desproporcionado del reformador.
En la zona de convección está dispuesto un deflector 4 que redirige los gases de combustión hacia los tubos de reacción 11 , maximizando así el intercambio energético.
El reformador de acuerdo con la presente invención también comprende una carcasa exterior 5 provista, en esta zona de convección, de una espiral 51 , que está dispuesta alrededor del deflector 4, permitiendo esta espiral 51 distribuir mejor los gases de combustión.
De acuerdo con la realización representada en las figuras, el reformador tiene una disposición preferiblemente vertical con flujo de gases descendentes. Esta disposición vertical es necesaria para evitar que la compactación del lecho catalítico con el tiempo produzca caminos preferentes que se pueden dar en la parte superior de los tubos de reacción 11 , si estos estuvieran en posición horizontal.
Como se puede apreciar en la figura 3, los tubos de reacción 11 están unidos en sus extremos mediante dos placas tubulares que los mantienen unidos y que permite cerrarlos con dos colectores, uno de entrada 1 10 y otro de salida 11 1.
Mecánicamente los tubos de reacción 11 no presentan ninguna restricción a su dilatación, por lo que los únicos esfuerzos que se consideran en su diseño serán los debidos a la presión interior y los inducidos por la diferencia de temperatura entre la entrada 10 y la salida 12. Esta diferencia de temperatura induce una deformación de los tubos de reacción 11 perpendicular a su directriz, que genera un momento flector. A este momento se deben las principales tensiones mecánicas que aparecen en los tubos, que limitan la presión de diseño del equipo.
A continuación se describe una realización de ejemplo no limitativo, cuyas características principales son las siguientes: - Temperatura de la cámara de combustión: 1 100°C
- Salto térmico en los tubos de reacción: 200°C
- Potencia intercambiada: 100 kW
- Diámetro exterior de los tubos de reacción: 73 mm
- Espesor de los tubos de reacción: 3,05 mm
- Presión de operación: 3,5 bares
- Longitud de los tubos de reacción: 2 m
- Posición de trabajo: vertical
- Tubos de reacción 11 :
La función de los tubos de reacción 11 es permitir por su interior el paso de gas natural y vapor de agua que, en presencia del catalizador y a la temperatura de reacción, propician la reacción requerida para obtener el gas de reformado. Por ejemplo, los tubos de reacción 1 1 pueden ser quince tubos separados de manera equidistantes definiendo un círculo.
- Catalizador: El catalizador es una sustancia presente dentro de los tubos de reacción 1 1 en contacto físico con la mezcla de reacción (gas natural y vapor de agua) con el fin de propiciar que tenga lugar la reacción necesaria para obtener el gas de reformado. El catalizador que se emplea preferentemente es una composición de aluminato de calcio y níquel en forma de pellets. - Quemador 1
El quemador 1 es el responsable de generar la combustión del gas natural dentro del reformador. Tanto la llama como los gases de combustión se utilizan para aportar la potencia térmica necesaria al proceso de reformado del gas natural que se produce en el interior del reformador.
Sus características principales son las siguientes, de acuerdo con este ejemplo:
- Potencia máxima: 198 kW
- Potencia mínima: 20 kW
- Temperatura aire de combustión: 220°C
- Temperatura cámara combustión: 1100°C
- Posición de trabajo: vertical ascendente
- Tubo radiante interior 21 :
Es un cilindro de carburo de silicio que cubre el alcance de la llama del quemador. Su función es facilitar el intercambio de calor por radiación de los gases de combustión con los gases de reformado. Se ha seleccionado este material debido a su estructura de diamante, la cual lo hace casi tan resistente como el diamante, y a sus notables ventajas para trabajar en condiciones extremas de temperaturas. - Deflector 4:
Es un elemento de acero inoxidable, cuya función es favorecer el intercambio de calor en la salida de los gases de combustión del reformador con el gas de reformado.
- Carcasa exterior 5:
Es un cilindro de acero inoxidable. Su función es sellar el reformador aislando el interior del exterior, por donde circulan los gases de combustión. Contiene una espiral 51 de forma helicoidal que produce un régimen turbulento del gas, favoreciendo el intercambio de calor en la zona de convección del reformador.
- Tubo de aislamiento 3:
Para disminuir las pérdidas de temperatura y garantizar las altas temperaturas que se producen en el interior del reformador, se utiliza un tubo de aislamiento del tipo Microtherm MPS® y GlassWool Shell®. Según un segundo aspecto, la presente invención se refiere a un procedimiento para reformar hidrocarburos y/o alcoholes para producir hidrógeno.
En este procedimiento en primer lugar se alimenta una mezcla de hidrocarburos y/o alcoholes con vapor de agua al primer circuito indicado anteriormente y se alimenta combustible y comburente al segundo circuito para su combustión mediante el quemador 1.
La mezcla de hidrocarburos y/o los alcoholes con vapor de agua se calienta mediante convección en una primera porción del primer circuito mediante el intercambio de calor con los gases de combustión, y también se calientan por radiación en una segunda porción del primer circuito mediante la llama generada en el quemador 1 y a través del escudo interior 21 , provocando dicho calentamiento por radiación y por convección el reformado de los hidrocarburos y/o alcoholes para producir una corriente de reformado rica en hidrógeno. Para permitir este reformando los tubos de reacción 11 que forman el primer circuito comprenden un lecho catalítico, como se ha descrito anteriormente.
Para favorecer el calentamiento por convección, el procedimiento también puede comprender la etapa de provocar turbulencias del gas de combustión alrededor de la segunda porción del primer circuito. Estas turbulencias se producen mediante el deflector 4 descrito anteriormente.
A pesar de que se ha hecho referencia a una realización concreta de la invención, es evidente para un experto en la materia que el reformador de hidrocarburos y/o alcoholes descrito es susceptible de numerosas variaciones y modificaciones, y que todos los detalles mencionados pueden ser sustituidos por otros técnicamente equivalentes, sin apartarse del ámbito de protección definido por las reivindicaciones adjuntas.

Claims

REIVINDICACIONES
1. Reformador de hidrocarburos y/o alcoholes integrado con un quemador (1), que comprende:
- un primer circuito de producción de gas de reformado rico en hidrógeno; y
- un segundo circuito para la conducción de gases obtenidos mediante la combustión que tiene lugar en el quemador (1); caracterizado porque el segundo circuito comprende un escudo interior (21) de un material que irradia calor y porque el primer circuito comprende una pluralidad de tubos de reacción (1 1) rectos paralelos entre sí colocados alrededor de dicho escudo interior (21).
2. Reformador de hidrocarburos y/o alcoholes de acuerdo con la reivindicación 1 , en el que la longitud de dichos tubos de reacción (11) es mayor que la longitud del escudo interior (21).
3. Reformador de hidrocarburos y/o alcoholes de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, en el que dicho escudo interior (21) es de carburo de silicio.
4. Reformador de hidrocarburos y/o alcoholes de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que los tubos rectos paralelos están colocados circularmente alrededor del escudo interior (21).
5. Reformador de hidrocarburos y/o alcoholes de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho segundo circuito comprende un deflector (4) para aumentar la turbulencia de los gases de combustión.
6. Reformador de hidrocarburos y/o alcoholes de acuerdo con la reivindicación 5, en el que el deflector (4) está dispuesto a la salida de uno de los extremos del escudo interior (21).
7. Reformador de hidrocarburos y/o alcoholes de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que también comprende una carcasa exterior (5) provista de una espiral (51).
8. Reformador de hidrocarburos y/o alcoholes de acuerdo con la reivindicación 7, en el que dicha espiral (51) está dispuesta alrededor del deflector (4).
9. Reformador de hidrocarburos y/o alcoholes de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dichos tubos de reacción (11) comprenden un lecho catalítico.
10. Reformador de hidrocarburos y/o alcoholes de acuerdo con la reivindicación 9, en el que dicho lecho catalítico se extiende a lo largo de toda la longitud de los tubos de reacción (1 1).
1 1. Reformador de hidrocarburos y/o alcoholes de acuerdo con cualquiera de las anteriores, en el que dicho quemador (1) está dispuesto en uno de los extremos del escudo interior (21).
12. Reformador de hidrocarburos y/o alcoholes de acuerdo con las reivindicaciones anteriores, en el que el quemador (1) está dispuesto en el extremo del escudo interior (21) más alejado del deflector (4).
13. Reformador de hidrocarburos y/o alcoholes de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el conjunto de tubos de reacción (11) está rodeado exteriormente mediante un tubo de aislamiento (3).
14. Procedimiento para reformar hidrocarburos y/o alcoholes para producir hidrógeno, caracterizado porque comprende las siguientes etapas:
- alimentar una mezcla de hidrocarburos y/o alcoholes con vapor de agua a un primer circuito;
- alimentar combustible, preferentemente gaseoso, a un segundo circuito para su combustión mediante un quemador (1), generando una llama y una corriente de gases de combustión;
- calentar por convección los hidrocarburos y/o alcoholes en una primera porción del primer circuito, mediante los gases de combustión generados en el quemador
(i ); y
- calentar por radiación los hidrocarburos y/o alcoholes en una segunda porción del primer circuito a través de un escudo interior (21), mediante la llama generada en el quemador (1),
provocando dicho calentamiento por radiación y por convección el reformado de los hidrocarburos y/o alcoholes para producir una corriente de reformado rica en hidrógeno.
15. Procedimiento para reformar hidrocarburos y/o alcoholes para producir hidrógeno según la reivindicación 1 , que también comprende la etapa de provocar turbulencias del gas de combustión alrededor de la segunda porción del primer circuito.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020002188A1 (en) * 2018-06-28 2020-01-02 Haldor Topsøe A/S Catalytic reactor comprising metal radiation surfaces

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1327821A1 (en) * 2001-12-25 2003-07-16 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Burner for hydrogen generation system and hydrogen generation system having the same
EP2022558A2 (en) * 2007-08-07 2009-02-11 Delphi Technologies, Inc. Multi-tube fuel reformer with augmented heat transfer
EP2123351A1 (en) * 2008-05-13 2009-11-25 Electro Power Systems S.p.A. Steam-reforming-based fuel-processing apparatus integrated with burner and steam generator
ES2434666A1 (es) * 2013-08-07 2013-12-16 Abengoa Hidrógeno, S.A. Reformador multitubular para un sistema de reformado de hidrocarburos y alcoholes

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1327821A1 (en) * 2001-12-25 2003-07-16 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Burner for hydrogen generation system and hydrogen generation system having the same
EP2022558A2 (en) * 2007-08-07 2009-02-11 Delphi Technologies, Inc. Multi-tube fuel reformer with augmented heat transfer
EP2123351A1 (en) * 2008-05-13 2009-11-25 Electro Power Systems S.p.A. Steam-reforming-based fuel-processing apparatus integrated with burner and steam generator
ES2434666A1 (es) * 2013-08-07 2013-12-16 Abengoa Hidrógeno, S.A. Reformador multitubular para un sistema de reformado de hidrocarburos y alcoholes

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020002188A1 (en) * 2018-06-28 2020-01-02 Haldor Topsøe A/S Catalytic reactor comprising metal radiation surfaces
US11806705B2 (en) 2018-06-28 2023-11-07 Haldor Topsøe A/S Catalytic reactor comprising metal radiation surfaces

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