Un proceso para reformar hidrocarburos con vapor en un reformador hidrocarburos con vapor (15) que recibe un flujo de alimentación de hidrocarburo (11) y un flujo de vapor (14),

generando el reformador de hidrocarburos con vapor (15) un flujo de gas de proceso (20) que contiene un primera cantidad de calor, y un flujo de gas de escape (41) que contiene una segunda cantidad de calor, comprendiendo las etapas de:

proporcionar un calentador de agua (28), un sistema de preparación del agua de alimentación a la caldera (32), en comunicación fluida con el calentador de agua (26), una caldera (111), en comunicación fluida con un sistema de preparación del agua de alimentación a la caldera (32), y un primer calentador de agua de alimentación a la caldera (24), en comunicación fluida con el sistema de preparación del agua de alimentación a la caldera (32), estando adaptada la caldera (111) para generar una corriente de vapor (113) a una presión entre 136 kPa (5 psig) y 515 kPa (60 psig); alimentar un flujo de agua (27) al calentador de agua (26);

alimentar finalmente, al menos, una porción del agua del calentador de agua (26) al sistema de preparación del agua de alimentación a la caldera (32); alimentar una primera corriente (110) de agua a la caldera (111) desde el sistema de preparación del agua de alimentación a la caldera (32); alimentar una segunda corriente del agua del sistema de preparación del agua de alimentación a la caldera (32) al primer calentador de agua de alimentación a la caldera (24); calentar finalmente, al menos, una porción de la segunda corriente del agua alimentada al primer calentador de agua de alimentación a la caldera (24) con una primera porción de la primera cantidad de calor a una primera temperatura; calentar finalmente, al menos, una porción del agua en la caldera (111) con una segunda porción de la primera cantidad de calor; generar la corriente de vapor (113) a una presión entre 136 kPa (5 psig) y 515 kPa (60 psig) en la caldera (111); calentar finalmente con al menos una porción de la corriente de vapor (113) el sistema de preparación del agua de alimentación a la caldera (32), u otro sistema interno en comunicación fluida, directa o indirecta, con el reformador de hidrocarburo con vapor; proporcionar un segundo calentador de agua de alimentación a la caldera (123) en un tercer calentador de agua de alimentación a la caldera (119); alimentar una primera porción (117) de una tercera corriente (116) del agua desde el primer calentador de agua de alimentación a la caldera (24) al segundo calentador de agua de alimentación a la caldera (123);

alimentar una segunda porción (118) de la tercera corriente (116) del agua desde el primer calentador de agua de alimentación a la caldera (24) al tercer calentador de agua de alimentación a la caldera (119); calentar finalmente, al menos, una porción de la primera porción (117) de la tercera corriente (116) del agua alimentada al segundo calentador de agua de alimentación a la caldera (123) con una tercera porción de la primera cantidad de calor, a una segunda temperatura mayor que la primera temperatura; y calentar finalmente, al menos, una porción de la segunda porción (118) de la tercera corriente (116) del agua alimentada al tercer calentador de agua de alimentación a la caldera (119) con una primera porción de la segunda cantidad de calor a una temperatura primaria.

Proceso y sistema para utilizar calor residual a baja temperatura para la preparación de gas de síntesis

5 Antecedentes de la invención

La presente invención se refiere a procesos y sistemas para la producción de gas de síntesis por reformado de vapor y, en particular, a la integración mejorada en dichos procesos y sistemas, para aumentar la recuperación de calor residual, mejorar la eficacia térmica y eliminar o minimizar la corrosión del precalentador de aire.

Un proceso y sistema de reformado con vapor convencional y típico, mostrado en la Figura 1, incluye un pretratamiento de alimentación 12, un pre-reformado opcional (no mostrado) , un reformado de hidrocarburo con vapor 15, una línea de recuperación de calor residual para la corriente de gas de proceso, y una línea de recuperación de calor residual para la corriente de corriente de gas de escape. La línea de recuperación de calor residual para la corriente de gas de proceso incluye una caldera de calor residual 18, una unidad de conversión 21, un precalentador de la alimentación 22, un calentador del agua de alimentación a la caldera 24, un calentador de agua 26, un sistema de preparación del agua de alimentación a la caldera 32, una línea de refrigeración 29, y un sistema de purificación de hidrógeno por adsorción de presión oscilante (PSA) 35. La línea de recuperación de calor residual para la corriente de gas de escape incluye bobinas calefactoras del proceso 38, un sistema de generación de vapor 39, un precalentador de aire 42 y un ventilador de tiro inducido (ID) 45.

El pre-tratamiento de la alimentación 12 normalmente implica precalentar la alimentación de hidrocarburo 11 y retirar azufre, cloro y otros venenos del catalizador de la alimentación de hidrocarburo. La alimentación de hidrocarburo gaseosa tratada 13 se mezcla con la corriente de proceso 14, y se alimenta en el reformador de hidrocarburo con vapor 15, en el que la alimentación mixta se convierte en gas de síntesis o gas de proceso sobre un lecho de catalizador de níquel a temperaturas de 800 º C a 950 º C. El calor se suministra por combustión del gas de purga de PSA 37 y una porción de la alimentación de hidrocarburo 10 a través de múltiples quemadores (no mostrados) .

El calor del gas de proceso 17 que sale del reformador de hidrocarburo con vapor 15 se usa para generar vapor a alta presión en la caldera de calor residual 18, antes de que el gas de proceso entre en la unidad de conversión 21 de agua-gas adiabática. En la unidad de conversión, el monóxido de carbono reacciona con el agua y se convierte en dióxido de carbono e hidrógeno sobre un lecho catalítico. El calor del gas de proceso 20 que sale de la unidad de conversión se suministra al precalentador de la alimentación de hidrocarburo 22, el calentador de agua de alimentación a la caldera (BFW) 24, y el calentador de agua complementaria 26. El calor residual, normalmente a baja temperatura, del gas de proceso se desecha después al entorno en la línea de refrigeración 29.

El condensado 31 del gas de proceso resultante de la recuperación de calor se separa y devuelve al sistema de preparación del agua de alimentación a la caldera 32, donde el condesado 31 se combina con el agua complementaria 27 del calentador de agua 26. La corriente de líquido combinado 33 se alimenta al calentador de BFW 24. La corriente de BFW calentada 30 que sale del calentador de BFW se envía al sistema de vapor 49.

Finalmente, el producto de hidrógeno 36 se separa del gas de proceso en el sistema PSA 35. La descarga gaseosa PSA 37 se devuelve y quema en el reformador, para suministrar calor al proceso de reformado.

45 Los puntos donde la temperatura de una corriente (fuente de calor) se aproxima a la temperatura de otra corriente (sumidero de calor) de denominan "puntos críticos". Los puntos críticos reducen la diferencia de temperatura de la fuerza impulsora para la transferencia de calor. Por lo tanto, se requiere una cantidad significativa de área superficial para recuperar una pequeña cantidad del calor desde la fuente de calor.

50 Más de la mitad del contenido de energía en el gas de proceso 20 que sale de la unidad de conversión 21 es el calor de condensación de humedad. Desafortunadamente, la condensación presenta un estrechamiento a medida que el gas de proceso se enfría. El estrechamiento limita la capacidad de recuperar el calor del gas de proceso. Como resultado, una cantidad significativa de calor residual del gas de proceso se desecha al entorno, a través de la línea de refrigeración 29. Dependiendo de los requisitos del proceso, el rechazo de calor podría ser de aproximadamente 55 el 20 % al 25 % del calor total contenido en la corriente de gas de proceso que sale de la unidad de conversión.

El calor sensible del gas de escape 18 que sale del reformador de hidrocarburo con vapor 15 se recupera por precalentamiento de la alimentación mixta en las bobinas calefactoras del proceso 38, y generando un vapor a alta presión adicional en el sistema de generación de vapor 39. La corriente de gas de escape 41 que sale de la caldera 60 continúa calentando el aire de combustión 48, que se suministra mediante el ventilador de tiro forzado (FD) 47 en el precalentador de aire 42. La temperatura del gas de escape 44 que sale del precalentador de aire normalmente se enfría a aproximadamente 149 º C (300 º F) antes de que el gas de escape 46 se libere a la atmósfera a través del ventilador ID 45. A esta temperatura, el gas de escape aún contiene una gran cantidad de energía que es más de la mitad de la energía total perdida en la planta de reformado.

65 Es difícil recuperar el calor de baja calidad o a baja temperatura (< 149 º C (< 300 º F) ) del gas de escape porque (1) no hay una cantidad suficiente de aire de combustión para absorber todo el calor disponible, y (2) los problemas de corrosión en el precalentador de aire requieren mantener una temperatura del gas de escape suficientemente alta para evitar la condensación de humedad y/o azufre. En consecuencia, una cantidad significativa de calor se desecha al entorno.

La Patente de Estados Unidos Nº 3.071.453 (James) describe un proceso de reformado de hidrocarburo en el que se genera vapor a partir del calor residual del gas de proceso a una presión entre 0, 17 MPa (25 psig) y 0, 69 MPa (100 psig) . El vapor a baja presión se supercalienta después y se expande en una turbina de vapor, para generar energía que impulsa la compresión del producto gaseoso. Como resultado, el proceso de reformado produce una corriente de gas que contiene hidrógeno a alta presión de una manera más eficaz. El proceso utiliza la energía térmica disponible en el gas reformado caliente para eliminar o reducir el requisito de energía externa para la compresión del producto.

El documento EP 0 200 825 A1 se refiere al reformado con vapor de hidrocarburo usando supercalentadores de vapor en serie. En particular, este documento describe un proceso en el que una corriente de alimentación de hidrocarburo gaseoso se reforma parcialmente a temperaturas elevadas en un cambiador de calor indirecto, sin gases de combustión, en un horno de reformado primario de combustión directa provisto de una sección de convección para la recuperación del calor del gas de combustión. La corriente de alimentación parcialmente reformada se reforma después adicionalmente en presencia de un gas que contiene oxígeno y una corriente, en un reformador secundario, para formar un efluente gaseoso del reformador secundario. El proceso de acuerdo con el documento EP 0 200 825 A1 comprende calentar adicionalmente un vapor saturado a alta presión en una primera zona de supercalentamiento de vapor, mediante intercambio de calor indirecto con al menos una porción de dicho gas efluente del reformador secundario, para formar una primera corriente de vapor supercalentado; y calentar adicionalmente dicho vapor supercalentado en una segunda zona de supercalentamiento de vapor, mediante el intercambio de calor indirecto con dichos gases de combustión calientes del reformador primario, para formar una segunda corriente de vapor supercalentado.

El documento US 3.441.393 describe un proceso para la producción de un gas rico en hidrógeno a presión elevada, mediante una o una combinación de etapas comprendidas por oxidación parcial, reformado primario, reformado secundario y conversión, a temperaturas elevadas y presiones intermedias, seguido de compresión del gas rico en hidrógeno a una presión elevada. Este proceso proporciona la producción de vapor a presiones sustancialmente mayores... [Seguir leyendo]

1. Un proceso para reformar hidrocarburos con vapor en un reformador hidrocarburos con vapor (15) que recibe un flujo de alimentación de hidrocarburo (11) y un flujo de vapor (14) , generando el reformador de hidrocarburos con 5 vapor (15) un flujo de gas de proceso (20) que contiene un primera cantidad de calor, y un flujo de gas de escape (41) que contiene una segunda cantidad de calor, comprendiendo las etapas de:

proporcionar un calentador de agua (28) , un sistema de preparación del agua de alimentación a la caldera (32) , en comunicación fluida con el calentador de agua (26) , una caldera (111) , en comunicación fluida con un sistema de preparación del agua de alimentación a la caldera (32) , y un primer calentador de agua de alimentación a la caldera (24) , en comunicación fluida con el sistema de preparación del agua de alimentación a la caldera (32) , estando adaptada la caldera (111) para generar una corriente de vapor (113) a una presión entre 136 kPa (5 psig) y 515 kPa (60 psig) ; alimentar un flujo de agua (27) al calentador de agua (26) ;

alimentar finalmente, al menos, una porción del agua del calentador de agua (26) al sistema de preparación del agua de alimentación a la caldera (32) ; alimentar una primera corriente (110) de agua a la caldera (111) desde el sistema de preparación del agua de alimentación a la caldera (32) ; alimentar una segunda corriente del agua del sistema de preparación del agua de alimentación a la caldera (32) al primer calentador de agua de alimentación a la caldera (24) ; calentar finalmente, al menos, una porción de la segunda corriente del agua alimentada al primer calentador de agua de alimentación a la caldera (24) con una primera porción de la primera cantidad de calor a una primera temperatura; calentar finalmente, al menos, una porción del agua en la caldera (111) con una segunda porción de la primera cantidad de calor; generar la corriente de vapor (113) a una presión entre 136 kPa (5 psig) y 515 kPa (60 psig) en la caldera (111) ; calentar finalmente con al menos una porción de la corriente de vapor (113) el sistema de preparación del agua de alimentación a la caldera (32) , u otro sistema interno en comunicación fluida, directa o indirecta, con el reformador de hidrocarburo con vapor; proporcionar un segundo calentador de agua de alimentación a la caldera (123) en un tercer calentador de agua de alimentación a la caldera (119) ; alimentar una primera porción (117) de una tercera corriente (116) del agua desde el primer calentador de agua de alimentación a la caldera (24) al segundo calentador de agua de alimentación a la caldera (123) ;

alimentar una segunda porción (118) de la tercera corriente (116) del agua desde el primer calentador de agua de alimentación a la caldera (24) al tercer calentador de agua de alimentación a la caldera (119) ; calentar finalmente, al menos, una porción de la primera porción (117) de la tercera corriente (116) del agua alimentada al segundo calentador de agua de alimentación a la caldera (123) con una tercera porción de la primera cantidad de calor, a una segunda temperatura mayor que la primera temperatura; y calentar finalmente, al menos, una porción de la segunda porción (118) de la tercera corriente (116) del agua alimentada al tercer calentador de agua de alimentación a la caldera (119) con una primera porción de la segunda cantidad de calor a una temperatura primaria.

2. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende las etapas adicionales de:

45 proporcionar un precalentador de combustible alimentar un flujo de un combustible al precalentador de combustible; y calentar finalmente, al menos, una porción del combustible en el precalentador de combustible con una cuarta porción de esa cantidad de calor a una tercera temperatura menor que la segunda temperatura.

3. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende las etapas adicionales de:

proporcionar un precalentador de oxidante (42) ; proporcionar una corriente de un oxidante (48) ; 55 calentar al menos una porción de la corriente de oxidante (48) con otra porción (114) de la corriente de vapor (113) o con un flujo de aire caliente desde una línea de refrigeración (29) , o desde otra fuente interna en comunicación fluida, directa o indirecta, con el reformador de hidrocarburo con vapor (15) ; alimentar la corriente calentada del oxidante al precalentador de oxidante (42) ; y calentar adicionalmente y finalmente la al menos una porción de la corriente calentada del oxidante (48) en el precalentador de oxidante (42) con una segunda porción de la segunda cantidad de calor a una temperatura secundaria.

4. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende las etapas adicionales de:

65 proporcionar un economizador (312) ; transmitir una corriente de al menos una porción del agua del calentador de agua (28) , a través del economizador (312) , antes de alimentar finalmente la al menos una porción de la porción de agua al sistema de preparación del agua de alimentación a la caldera (32) ; y calentar finalmente la corriente de la al menos una porción del agua transmitida a través del economizador (312) con una segunda porción de la segunda cantidad de calor a otra temperatura. 5

5. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 3, en el que el oxidante es aire u otra mezcla gaseosa que tenga una concentración de oxígeno mayor de aproximadamente el 10%.

6. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la corriente de vapor (113) generada está a una presión entre 136 kPa (5 psig) y 377 kPa (40 psig) .

7. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la corriente de vapor (113) generada está a una presión entre 138 kPa (5 psig) y 377 kPa (40 psig) , que comprende la etapa adicional de:

proporcionar un precalentador de oxidante (42) ; proporcionar una corriente de un oxidante (48) ; calentar al menos una porción de la corriente de oxidante (48) con otra porción (114) de la corriente de vapor (113) , o con un flujo de aire caliente de una línea de refrigeración, o desde otra fuente interna en comunicación fluida, directa o indirecta, con el reformador de hidrocarburo con vapor (15) ; alimentar la corriente calentada del oxidante al precalentador de oxidante (42) ; y calentar adicionalmente y finalmente la al menos una porción de la corriente calentada del oxidante (48) en el precalentador de oxidante (42) con una segunda porción de la segunda cantidad de calor a una segunda temperatura, menor que la temperatura primaria.

8. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la corriente de vapor (113) generada está a una presión entre 136 kPa (5 psig) y 377 kPa (40 psig) , que comprende las etapas adicionales de:

proporcionar un economizador (312) ; transmitir una corriente de al menos una porción del agua desde el calentador de agua (26) , a través del economizador (312) , antes de alimentar finalmente la al menos una porción de la porción del agua al sistema de preparación del agua de alimentación a la caldera (32) ; y calentar finalmente la corriente de la al menos una porción del agua que es transmitida a través del economizador (312) con una segunda porción de la segunda cantidad de calor a otra temperatura, menor que la temperatura primaria.

9. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 7, en el que el oxidante es una mezcla gaseosa distinta de aire, que tiene una concentración de oxígeno mayor de aproximadamente el 10%

10. Un sistema para reformar hidrocarburos con vapor en un reformador de hidrocarburo con vapor (15) que recibe un flujo de alimentación de hidrocarburo (11) y un flujo de vapor (14) , generando el reformador de hidrocarburo con vapor (15) un flujo de un gas de proceso (20) , que contiene una primera cantidad de calor, y un flujo de un gas de escape (41) , que contiene una segunda cantidad de calor, que comprende:

un calentador de agua (26) , un sistema de preparación del agua de alimentación a la caldera (32) , en 45 comunicación fluida con el calentador de agua (26) , una caldera (111) , en comunicación fluida con el sistema de preparación del agua de alimentación a la caldera (32) , y un primer calentador de agua de alimentación a la caldera (24) , en comunicación fluida con el sistema de preparación del agua de alimentación a la caldera (32) , estando la caldera (111) adaptada para generar una corriente de vapor a una presión entre 136 kPa (5 psig) y 515 kPa (60 psig) ; un medio para alimentar un flujo de agua (27) al calentador de agua (28) ; un medio para alimentar finalmente, al menos, una porción del agua desde el calentador de agua (26) hasta el sistema de preparación del agua de alimentación a la caldera (32) ; un medio para alimentar una primera corriente (110) del agua a la caldera (111) desde el sistema de preparación del agua de alimentación a la caldera (32) ;

55 un medio para alimentar una segunda corriente de agua desde el sistema de preparación del agua de alimentación a la caldera (32) al primer calentador de agua de alimentación a la caldera (24) ; un medio para calentar finalmente, al menos, una porción de la segunda corriente del agua alimentada al primer calentador de agua de alimentación a la caldera (24) con una primera porción de la primera cantidad de calor a una primera temperatura; un medio para calentar finalmente, al menos, una porción del agua en la caldera (111) con una segunda porción de la primera cantidad de calor; un medio para generar la corriente de vapor (113) a una presión entre 136 kPa (5 psig) y 515 kPa (60 psig) en la caldera (111) ; un medio para calentar finalmente con al menos una porción de la corriente de vapor (113) el sistema de 65 preparación del agua de alimentación a la caldera (32) , u otro sistema interno en comunicación fluida, directa o indirecta, con el reformador de hidrocarburo con vapor (15) ; un segundo calentador de agua de alimentación a la caldera (123) y un tercer calentador de agua de alimentación a la caldera (119) ; un medio para alimentar una primera porción (117) de una tercera corriente (116) del agua desde el primer calentador de agua de alimentación a la caldera (24) hasta el segundo calentador de agua de alimentación a la caldera (123) ; un medio para alimentar una segunda porción (118) de la tercera corriente (116) del agua desde el primer calentador de agua de alimentación a la caldera (24) hasta el tercer calentador de agua de alimentación a la caldera (119) ; un medio para calentar finalmente, al menos, una porción de la primera porción (117) de la tercera corriente

(116) del agua alimentada al segundo calentador de agua de alimentación a la caldera (123) con una tercera porción de la primera cantidad del calor a una segunda temperatura, mayor que la primera temperatura; y un medio para calentar finalmente, al menos, una porción de la segunda porción (118) de la tercera corriente

(116) del agua alimentada al tercer calentador de agua de alimentación de la caldera (119) con una primera

porción de la segunda cantidad de calor, a una temperatura primaria. 15

11. Un sistema de acuerdo con la reivindicación 10, que comprende adicionalmente:

un precalentador de combustible; un medio para alimentar un flujo de un combustible al precalentador de combustible; y un medio para calentar finalmente, al menos, una porción del combustible en el precalentador de combustible con una cuarta porción de la primera cantidad de calor a una tercera temperatura, menor que la segunda temperatura.

12. Un sistema de acuerdo con la reivindicación 10, que comprende adicionalmente:

un precalentador de oxidante (42) ; una fuente de una corriente de un oxidante (48) ; un medio para calentar al menos una porción de la corriente de oxidante (48) con otra porción (114) de la corriente de vapor (113) , o con un flujo de aire caliente desde una línea de refrigeración (29) , o desde otra fuente interna en comunicación fluida, directa o indirecta, con el reformador de hidrocarburo con vapor (15) ; un medio para alimentar la corriente calentada del oxidante al precalentador de oxidante (42) ; y un medio para calentar adicionalmente y finalmente la al menos una porción de la corriente calentada del oxidante (48) en el precalentador de oxidante (42) con una segunda porción de la segunda cantidad de calor a una temperatura secundaria.

13. Un sistema de acuerdo con la reivindicación 10, que comprende adicionalmente:

un economizador (312) ; un medio para transmitir una corriente de al menos una porción del agua desde el calentador de agua (26) , a través del economizador (312) , antes de alimentar finalmente la al menos una porción de la porción de agua al sistema de preparación del agua de alimentación a la caldera (32) ; un medio para calentar finalmente la corriente de la al menos una porción del agua que es transmitida a través del economizador (312) con una segunda porción de la segunda cantidad de calor a otra temperatura.

45 14. Un sistema de acuerdo con la reivindicación 12, en el que el oxidante es aire, u otra mezcla gaseosa que tenga una concentración de oxígeno mayor de aproximadamente el 10%.

15. Un sistema de acuerdo con la reivindicación 10, en el que la corriente de vapor generada está a una presión entre 136 kPa (5 psig) y 377 kPa (40 psig) .

16. Un sistema de acuerdo con la reivindicación 10, en el que la caldera (111) está adaptada para generar una corriente de vapor a una presión entre 138 kPa (5 psig) y 377 kPa (40 psig) , comprendiendo adicionalmente el sistema:

55 un precalentador de oxidante (42) ; una fuente de una corriente de un oxidante (48) ; un medio para calentar al menos una porción de la corriente de oxidante (48) con otra porción (114) de la corriente de vapor (113) , o con un flujo de aire caliente, a partir de una línea de refrigeración (29) o de otra fuente interna en comunicación fluida, directa o indirecta, con el reformador de hidrocarburo con vapor (15) ; un medio para alimentar la corriente calentada del oxidante al precalentador de oxidante (42) ; y un medio para calentar adicionalmente y finalmente la al menos una porción de la corriente calentada del oxidante (48) en el precalentador de oxidante (42) con una segunda porción de la segunda cantidad de calor a una temperatura secundaria, menor que la temperatura primaria.

65 17. Un sistema de acuerdo con la reivindicación 10, en el que la caldera (111) está adaptada para generar una corriente de vapor a una presión entre 136 kPa (5 psig) y 377 kPa (40 psig) , comprendiendo adicionalmente el sistema:

un economizador (312) ; un medio para transmitir una corriente de la al menos una porción del agua desde el calentador de agua (26) , a través del economizador (312) , antes de alimentar finalmente la al menos una porción de la porción del agua al sistema de preparación del agua de alimentación a la caldera (32) ; y un medio para calentar finalmente la corriente de la al menos una porción del agua que es transmitida a través del economizador (312) con una segunda porción de la segunda cantidad de calor a otra temperatura menor que la temperatura secundaria.

18. Un sistema de acuerdo con la reivindicación 18, en el que el oxidante es una mezcla gaseosa, distinta de aire que tiene una concentración de oxígeno mayor de aproximadamente el 10%.