Método de reformado de hidrocarburo con vapor con exportación de vapor limitada.

Un método para generar hidrógeno y/o gas de síntesis en una instalación (601) de producción que comprende: extraer una mezcla

(612) de gas reformado que comprende H2, CO, CO2 y H2O a partir de una pluralidad de tres o más tubos (625) de reformador que contienen catalizador de un reformador (600);

hacer pasar al menos una parte de la mezcla de gas reformado a un lavador (320) de CO2 para formar una corriente (691) de subproducto de CO2 y una mezcla (693) de gas reformado agotado en CO2;

hacer pasar al menos una parte de la mezcla (693) de gas reformado agotado en CO2 a un adsorbedor (330) de presión oscilante para formar una corriente (699) de gas producto de H2 y una corriente (698) de gas residual, en la que la corriente de gas residual tiene un caudal másico, WT, y contiene menos del 10% en moles de CO2 y menos del 65% en moles de H2;

opcionalmente introducir una primera parte (696) de la corriente de gas residual en un reactor (602) de conversión, en el que la primera parte (696) de la corriente de gas residual tiene un caudal másico, W1; formar una corriente (610) de mezcla de gas de alimentación para el reformador a partir de una corriente (603) de vapor de alimentación, una segunda parte (695) de la corriente de gas residual, y una corriente (1) de materia prima para el reformador que comprende un hidrocarburo, en la que la corriente (603) de vapor de alimentación tiene un primer caudal másico de vapor, R1 y en la que la segunda parte (695) de la corriente de gas residual tiene un caudal másico, W2,

introducir la corriente (610) de mezcla de gas de alimentación para el reformador en la pluralidad de tubos (625) de reformador que contienen catalizador y hacer reaccionar el hidrocarburo con el vapor en una reacción de reformado para formar la mezcla (612) de gas reformado;

introducir una corriente (632) de combustible que comprende gases combustibles en una sección (650) de combustión del reformador (600), comprendiendo la corriente de combustible una tercera parte (630) de la corriente de gas residual y opcionalmente una corriente (634) de combustible complementario, teniendo la tercera parte de la corriente de gas residual un caudal másico, W3, y habiéndose precalentado al menos una parte del combustible mediante intercambio de calor entre una mezcla de gas de producto de combustión y/o la mezcla de gas reformado;

introducir una corriente (633) de oxidante que contiene oxígeno en la sección (650) de combustión del reformador (600);

quemar los gases combustibles con el oxígeno en la sección (650) de combustión para formar la mezcla (660) de gas de producto de combustión y generar calor para suministrar energía para la reacción de reformado;

extraer la mezcla (660) de gas de producto de combustión de la sección (650) de combustión del reformador;

y generar una corriente (655) de gas intermedia que comprende vapor de una corriente (677) que contiene agua líquida por intercambio de calor indirecto entre la corriente que contiene agua líquida y al menos una de una corriente formada a partir de la mezcla (612) de gas reformado y una corriente formada a partir de la mezcla (660) de gas de producto de combustión, la corriente (655) de gas intermedia que comprende vapor tiene una presión de 2 MPa a 12 MPa y tiene un segundo caudal másico de vapor, R2, en el que**Fórmula**

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E09155085.

Solicitante: AIR PRODUCTS AND CHEMICALS, INC..

Nacionalidad solicitante: Estados Unidos de América.

Dirección: 7201 HAMILTON BOULEVARD ALLENTOWN, PA 18195-1501 ESTADOS UNIDOS DE AMERICA.

Inventor/es: GENKIN,EUGENE S, Zagnoli,David Anthony, GUVELIOGLU,GALIP HAKAN, SCOTT,KERRY ANDREW.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > QUIMICA INORGANICA > ELEMENTOS NO METALICOS; SUS COMPUESTOS (procesos... > Hidrógeno; Mezclas gaseosas que contienen hidrógeno;... > C01B3/38 (con catalizadores)
  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > QUIMICA INORGANICA > ELEMENTOS NO METALICOS; SUS COMPUESTOS (procesos... > Hidrógeno; Mezclas gaseosas que contienen hidrógeno;... > C01B3/48 (seguida por una reacción de vapor de agua con monóxido de carbono)

PDF original: ES-2541806_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Método de reformado de hidrocarburo con vapor con exportación de vapor limitada La presente invención se refiere a un método para generar hidrógeno y/o gas de síntesis por reformado de hidrocarburo con vapor junto con la generación de vapor usando el calor residual del proceso de reformado de hidrocarburo con vapor. Más particularmente, la presente invención se refiere a un proceso de este tipo con poca o ninguna exportación de vapor.

Se usa gas de síntesis para producir productos tales como amoniaco, metanol e hidrógeno. El gas de síntesis se genera mediante procesos a alta temperatura donde está disponible una gran cantidad de calor residual. El calor residual generalmente se usa para generar vapor y ayuda a mejorar la eficacia global de la instalación de gas de síntesis.

Por ejemplo, el documente FR 2 890 954 enseña (véase la Figura 1 del mismo) un proceso para producir gas de síntesis, en el que se genera gas de síntesis mediante un reformador suministrado con hidrocarburos, vapor, y oxidante, comprendiendo el oxidante un efluente de una turbina de gas y/o aire pre-calentado mediante quemadores. Se recupera calor del gas de combustión y del gas de síntesis, respectivamente, en una zona de recuperación de calor de gas de combustión y una unidad de recuperación de vapor, usándose este calor para generar vapor. Parte de este vapor se usa para proporcionar el vapor suministrado al reformador, otra parte se exporta directamente como vapor de exportación, y otra parte se expande en una turbina de vapor para generar potencia y después se exporta. La corriente de gas de síntesis enfriada obtenida a partir de la unidad de recuperación de vapor se hace pasar a un separador de CO2 para retirar el CO2 y formar una corriente de gas de síntesis de bajo contenido de CO2. Parte de la corriente de gas de síntesis de bajo contenido de CO2 se suministra como combustible a la turbina de gas, y otra parte se purifica adicionalmente en una unidad de purificación para ajustar su razón H2/CO para producir una corriente de gas de síntesis purificado. Parte de la corriente de gas de síntesis purificado se exporta, y otra parte se envía a una unidad de separación H2/CO para proporcionar H2 purificado para exportación. Los gases retirados de la corriente de gas de síntesis de bajo contenido de CO2 en la unidad de purificación y de la corriente de gas de síntesis purificado en la unidad de separación H2/CO se reciclan al reformador.

En las instalaciones típicas, la cantidad de vapor generado a partir del calor residual supera significativamente la cantidad de vapor necesaria para reformar una alimentación de hidrocarburo en un reformador de hidrocarburo con vapor. El vapor en exceso se exporta o se usa para generar potencia en una turbina de vapor.

Sin embargo, exportar vapor requiere sistemas de tuberías caros que incluyen válvulas de control y seguridad, trampas de vapor, traceado de calor, etc. La exportación de vapor está justificada cuando el vapor se necesita cerca y/o un cliente está dispuesto a pagar un precio razonable por el vapor. Exportar vapor puede suponer también restricciones sobre la localización de la planta para minimizar la longitud de las tuberías de exportación de vapor.

Las instalaciones para producir gas de síntesis generan grandes cantidades de vapor a partir del calor residual. Dependiendo del diseño, la producción global de vapor puede ser del 35% al 300% mayor que la requerida para el uso interno en el reformador de hidrocarburo con vapor. La práctica industrial actual es exportar el vapor en exceso o usar el vapor en una turbina de vapor para producción de energía. Ambas opciones requieren un gasto de capital adicional y pueden ser prohibitivas respecto a costes para proyectos donde no hay un cliente dispuesto a comprar el vapor a un coste razonable, o la energía no se puede producir de forma competitiva.

Para pequeñas unidades de producción de hidrógeno donde la exportación de vapor no está justificada, una parte del vapor en exceso a menudo se usa en el proceso menos eficazmente o se purga. La planta de hidrógeno puede estar diseñada con menos equipos de recuperación de calor, dando como resultado una planta menos eficaz.

Existen numerosas opciones de diseño que se han usado para variar la producción total de vapor a partir de la planta de gas de síntesis y reducir la exportación de vapor. Estas opciones de diseño tienen en cuenta limitaciones del proceso tales como requisitos de combustible complementario para el reformador catalítico con vapor.

Una opción ampliamente usada es precalentar el aire de combustión para su uso en el reformador a alta temperatura, por ejemplo hasta 600ºC (1100ºF) . El aire de combustión típicamente se precalienta en la sección de convección del reformador y puede disponerse usando una o dos etapas dependiendo de la temperatura de precalentamiento deseada. El precalentamiento del aire de combustión ayuda a reducir la cantidad de combustible requerida para la combustión en el reformador. Puesto que se usa menos combustible, se reduce el flujo de los gases de escape desde el reformador, dando como resultado menos calor residual para generar vapor.

El precalentamiento del combustible tiene un impacto similar, pero más pequeño, sobre la producción global de vapor.

Otra opción es usar un pre-reformador adiabático. Un pre-reformador adiabático es una vasija llena de catalizador de

reformado basado en níquel que está localizada corriente arriba del reformador primario. Se alimenta una alimentación mixta de vapor y un hidrocarburo al pre-reformador adiabático a una alta temperatura. El producto prereformado se calienta de nuevo mediante los gases producto de la combustión y después se alimenta al reformador primario.

El uso de un pre-reformador permite la recuperación de calor adicional desde el gas de escape de vuelta al proceso calentando la corriente efluente del pre-reformador, reduciendo así la cantidad de calor disponible para generación de vapor. El uso de un pre-reformador tiene otros beneficios tales como retirar hidrocarburos superiores de la corriente de alimentación para el reformador primario. Las instalaciones que incluyen un pre-reformador típicamente son rentables puesto que el tamaño del reformador primario puede reducirse mientras se mantiene una alta eficacia.

Estos métodos para reducir la cantidad de vapor son útiles para casos donde el vapor de exportación tiene poco o ningún valor. Sin embargo, el uso de aire precalentado y/o un pre-reformador aún tiene un calor residual significativo y no puede proporcionar las eficacias adecuadas sin sacar beneficio de la exportación de vapor.

Cuando no se puede factorizar razonablemente el beneficio para el vapor producido respecto a la eficacia de la instalación de generación de gas de síntesis, se requieren métodos para reducir el impacto sobre la eficacia de la planta.

Hay necesidad de reducir el impacto sobre la eficacia de la planta cuando se necesita o produce poco o ningún vapor de exportación. Sería deseable producir hidrógeno en un proceso de reformado mientras se produce poco o ningún vapor de exportación y mientras se mantiene la eficacia global de la planta.

La presente invención se refiere a un método para generar hidrógeno y/o gas de síntesis en una instalación de producción. El método comprende extraer una mezcla de gas reformado que comprende H2, CO, CO2 y H2O a partir de una pluralidad de tubos de reformador que contienen catalizador de un reformador; hacer pasar al menos una parte de la mezcla de gas reformado a un lavador de CO2 para formar la corriente de subproducto de CO2 y una mezcla de gas reformado agotado en CO2; hacer pasar al menos una parte de la mezcla de gas reformado... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un método para generar hidrógeno y/o gas de síntesis en una instalación (601) de producción que comprende:

extraer una mezcla (612) de gas reformado que comprende H2, CO, CO2 y H2O a partir de una pluralidad de tres o más tubos (625) de reformador que contienen catalizador de un reformador (600) ; hacer pasar al menos una parte de la mezcla de gas reformado a un lavador (320) de CO2 para formar una corriente (691) de subproducto de CO2 y una mezcla (693) de gas reformado agotado en CO2; hacer pasar al menos una parte de la mezcla (693) de gas reformado agotado en CO2 a un adsorbedor (330) de presión oscilante para formar una corriente (699) de gas producto de H2 y una corriente (698) de gas residual, en la que la corriente de gas residual tiene un caudal másico, WT, y contiene menos del 10% en moles de CO2 y menos del 65% en moles de H2; opcionalmente introducir una primera parte (696) de la corriente de gas residual en un reactor (602) de conversión, en el que la primera parte (696) de la corriente de gas residual tiene un caudal másico, W1; formar una corriente (610) de mezcla de gas de alimentación para el reformador a partir de una corriente (603) de vapor de alimentación, una segunda parte (695) de la corriente de gas residual, y una corriente (1) de materia prima para el reformador que comprende un hidrocarburo, en la que la corriente (603) de vapor de alimentación tiene un primer caudal másico de vapor, R1 y en la que la segunda parte (695) de la corriente de gas residual tiene un caudal másico, W2, introducir la corriente (610) de mezcla de gas de alimentación para el reformador en la pluralidad de tubos (625) de reformador que contienen catalizador y hacer reaccionar el hidrocarburo con el vapor en una reacción de reformado para formar la mezcla (612) de gas reformado; introducir una corriente (632) de combustible que comprende gases combustibles en una sección (650) de combustión del reformador (600) , comprendiendo la corriente de combustible una tercera parte (630) de la corriente de gas residual y opcionalmente una corriente (634) de combustible complementario, teniendo la tercera parte de la corriente de gas residual un caudal másico, W3, y habiéndose precalentado al menos una parte del combustible mediante intercambio de calor entre una mezcla de gas de producto de combustión y/o la mezcla de gas reformado; introducir una corriente (633) de oxidante que contiene oxígeno en la sección (650) de combustión del reformador (600) ; quemar los gases combustibles con el oxígeno en la sección (650) de combustión para formar la mezcla (660) de gas de producto de combustión y generar calor para suministrar energía para la reacción de reformado; extraer la mezcla (660) de gas de producto de combustión de la sección (650) de combustión del reformador; y generar una corriente (655) de gas intermedia que comprende vapor de una corriente (677) que contiene agua líquida por intercambio de calor indirecto entre la corriente que contiene agua líquida y al menos una de una corriente formada a partir de la mezcla (612) de gas reformado y una corriente formada a partir de la mezcla (660) de gas de producto de combustión, la corriente (655) de gas intermedia que comprende vapor tiene una presión de 2 MPa a 12 MPa y tiene un segundo caudal másico de vapor, R2, en el que R2

0, 9 1, 2 .

R1 W1 +W2

2. El método de la reivindicación 1 en el que < 0, 35.

WT

1

3. El método de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores en el que 0 W 0, 1.

WT

W +W +W

123

4. El método de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores en el que 0, 8 1.

WT

5. El método de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores en el que la corriente de subproducto de CO2 contiene de 80 a 100% en moles de CO2 en una base seca.

6. El método de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores en el que la corriente de combustible tiene una concentración de hidrógeno de 0 a menos del 50% en moles de H2.

7. El método de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores que comprende además:

reponer la corriente (603) de vapor de alimentación desde una corriente formada a partir de al menos una parte de la corriente (655) de gas intermedia que comprende vapor.

8. El método de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores que comprende además:

supercalentar al menos una parte de la corriente (655) de gas intermedia por intercambio de calor indirecto entre la corriente (655) de gas intermedia y al menos una parte de la corriente formada a partir de la mezcla (612) de gas reformado u otra corriente formada a partir de la mezcla de gas reformado para formar de esta manera una corriente (656) de gas intermedia supercalentada; y reponer la corriente (603) de vapor de alimentación desde una corriente formada a partir de al menos una parte de la corriente (656) de gas intermedia supercalentada; y/o supercalentar al menos una parte de la corriente de gas intermedia por intercambio de calor indirecto entre la corriente de gas intermedia y al menos una parte de la corriente formada a partir de la mezcla de gas de producto de combustión u otra corriente formada a partir de la mezcla de gas de producto de combustión para formar de esta manera una corriente de gas intermedia supercalentada; y reponer la corriente de vapor de alimentación desde al menos una parte de la corriente de gas intermedia supercalentada.

9. El método de la reivindicación 8 en el que la corriente (656) de gas intermedia supercalentada se supercalienta en 40º C a 175º C.

10. El método de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores en el que la corriente (655) de gas intermedia que comprende vapor tiene una presión de 2 MPa a 5 MPa.

11. El método de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores que comprende además:

introducir al menos una parte de la corriente formada a partir de la mezcla de gas reformado con una temperatura de 185º C a 230º C en un reactor (602) de conversión que contiene catalizador basado en óxido de cobre.

12. El método de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores que comprende además:

supercalentar la corriente (655) de gas intermedia por intercambio de calor indirecto entre la corriente (655) de gas intermedia y al menos una parte de la corriente formada a partir de la mezcla (612) de gas reformado u otra corriente formada a partir de la mezcla de gas reformado para formar de esta manera una corriente (656) de gas intermedia supercalentada; hacer pasar al menos una parte de la corriente (656) de gas intermedia supercalentada a través de una turbina de vapor (597) para generar energía y para formar de esta manera un efluente (657) de la turbina de vapor a partir de la corriente (656) de gas intermedia supercalentada; y reponer la corriente (603) de vapor de alimentación desde al menos una parte del efluente (657) de la turbina de vapor.

13. El método de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores en el que la etapa de formar la corriente (610) de mezcla de gas de alimentación para el reformador comprende:

mezclar la segunda parte (695) de la corriente de gas residual (698) y la corriente (1) de materia prima para el reformador para formar una corriente de mezcla de gas de alimentación para la unidad de hidrodesulfuración; hacer pasar la corriente de mezcla de gas de alimentación para la unidad de hidrodesulfuración a una unidad (300) de hidrodesulfuración para formar una corriente de materia prima para el reformador agotada en azufre desde un efluente de la unidad de hidrodesulfuración; mezclar la corriente (603) de vapor de alimentación y la corriente de materia prima para el reformador agotada en azufre para formar una corriente de mezcla de gas de alimentación para el pre-reformador; y hacer pasar la corriente de mezcla de gas de alimentación para el pre-reformador a un pre-reformador (605) para formar la corriente de mezcla de gas de alimentación para el reformador a partir de un efluente del pre-reformador; o hacer pasar la corriente (1) de materia prima para el reformador a una unidad (300) de hidrodesulfuración para formar una corriente de materia prima para el reformador agotada en azufre a partir de un efluente de la unidad (300) de hidrodesulfuración; mezclar la segunda parte (695) de la corriente de gas residual, la corriente (603) de vapor de alimentación y la corriente de materia prima para el reformador agotada en azufre para formar una corriente de mezcla de gas de alimentación para el pre-reformador; y hacer pasar la corriente de mezcla de gas de alimentación para el prereformador a un pre-reformador (605) para formar la corriente de mezcla de gas de alimentación para el reformador a partir de un efluente (605) del pre-reformador; o hacer pasar la corriente de materia prima para el reformador a una unidad (300) de hidrodesulfuración para formar una corriente de materia prima para el reformador agotada en azufre a partir de un efluente de la unidad (300) de hidrodesulfuración; mezclar la corriente de vapor de alimentación y la corriente de materia prima para el reformador agotada en azufre para formar una corriente de mezcla de gas de alimentación para el pre-reformador; hacer pasar la corriente de mezcla de gas de alimentación para el pre-reformador a un prereformador (605) para formar una corriente efluente del pre-reformador; y mezclar la corriente efluente del pre-reformador y la segunda parte (695) de la corriente (698) de gas residual para formar la corriente (610) de mezcla de gas de alimentación para el reformador.