Reformador de hidrocarburos y/o alcoholes y procedimiento de reformado de hidrocarburos y/o alcoholes.

Reformador de hidrocarburos y/o alcoholes y procedimiento de reformado de hidrocarburos y/o alcoholes.

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 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.

Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P201431865.

Solicitante: ABENGOA HIDRÓGENO, S.A.

Nacionalidad solicitante: España.

Inventor/es: DEL POZO POLIDORO, ENRIQUE, FERNÁNDEZ VEGA,Francisco José, DOMÍNGUEZ JIMÉNEZ,Rocío, MAYNAR MUÑOZ,María.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > PROCEDIMIENTOS O APARATOS FISICOS O QUIMICOS EN GENERAL > PROCEDIMIENTOS QUIMICOS O FISICOS, p. ej. CATALISIS,... > Procedimientos químicos o físicos en general, llevados... > B01J8/06 (en reactores tubulares; las partículas sólidas están dispuestas en tubos)
  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > QUIMICA INORGANICA > ELEMENTOS NO METALICOS; SUS COMPUESTOS (procesos... > Hidrógeno; Mezclas gaseosas que contienen hidrógeno;... > C01B3/36 (con oxígeno o mezclas que contienen oxígeno como agentes gasificantes)
  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > QUIMICA INORGANICA > ELEMENTOS NO METALICOS; SUS COMPUESTOS (procesos... > Hidrógeno; Mezclas gaseosas que contienen hidrógeno;... > C01B3/38 (con catalizadores)
  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > PROCEDIMIENTOS O APARATOS FISICOS O QUIMICOS EN GENERAL > PROCEDIMIENTOS QUIMICOS O FISICOS, p. ej. CATALISIS,... > B01J19/00 (Procedimientos químicos, físicos o físico-químicos en general (tratamiento físico de las fibras, hilos, hilados, tejidos, plumas o artículos fibrosos hechos de estas materias, ver los lugares apropiados para dicho tratamiento, p. ej. D06M 10/00 ); Aparatos apropiados (accesorios, cargas o rejillas especialmente adaptadas para el tratamiento biológico del agua, agua residual o de alcantarilla C02F 3/10; placas o rejillas de chapoteo especialmente adaptadas para los enfriadores por chorreo F28F 25/08))
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Reformador de hidrocarburos y/o alcoholes y procedimiento de reformado de hidrocarburos y/o alcoholes.

Fragmento de la descripción:

Reformador de hidrocarburos y/o alcoholes y procedimiento de reformado de hidrocarburos y/o alcoholes 5

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+ H2O • 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 25 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 5 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 1200º 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 25 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 35 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 5 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 25 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 30 rectilíneos.

-la disposición...

 


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 (11) 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 20 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 35 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 (11) . 10

11. 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 30 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 (1) ; .

35. 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.