Procedimiento de producción de hidrógeno mediante el reformado con vapor de una fracción de petróleo con producción de vapor.

Procedimiento de producción de hidrógeno mediante el reformado con vapor de una fracción de petróleo queutiliza una cámara de combustión (27) que produce unos vapores calientes (34) a partir de un flujo de aire (20) y degas combustible (19),

poniéndose a presión dichos vapores calientes (34) mediante un compresor (32), y queaportan sus calorías al nivel de un reactor intercambiador (25) en el interior del cual se llevan a cabo las reaccionesde reformado con vapor de la carga de hidrocarburo (1) mezclada con el vapor (17), enfriándose el efluente reactivo(2), denominado gas de síntesis, en una serie de intercambiadores, y enfriándose los vapores (35) en otra serie deintercambiadores (6-1) (7-1) que permiten generar vapor de agua (8), (8'), (9') introducido dentro de un matraz (5),procedimiento en el cual el vapor de agua (18) producido por el procedimiento se utiliza por completo en el propioprocedimiento, procediendo de la siguiente manera:

- el vapor de agua del procedimiento (17) se envía mezclado con la carga hidrocarbonada (1) al reactor dereformado con vapor (25) controlando su caudal para ajustar la relación en masa entre el caudal de vapor de agua(17) y el caudal de carga hidrocarbonada (1) en un valor comprendido entre 1,5 y 3, y de manera preferentecomprendido entre 1,5 y 2;

- el vapor de agua producido restante (21) se utiliza para alimentar la turbina de vapor (33) asociada al compresor(32), controlándose el caudal de aire (20) que alimenta dicho compresor (32) por medio de la válvula (36) situadasobre el circuito de vapores (35) aguas abajo de los intercambiadores (7-1) y (6-1), de tal modo que la presión defuncionamiento del compresor (32) se ajuste entre 3 y 5 bares absolutos para mantenerse en la curva característicade dicho compresor.

Procedimiento de producción de hidrógeno mediante el reformado con vapor de una fracción de petróleo con producción de vapor 5

Campo de la invención La presente invención se sitúa en el campo de los procedimientos de producción de hidrógeno mediante el reformado con vapor de fracciones de petróleo. El gas de síntesis, mezcla de monóxido de carbono (CO) y de hidrógeno (H2) se produce mediante el procedimiento de reformado con vapor a partir principalmente de gas natural. La reacción de reformado con vapor es una reacción altamente endotérmica cuyos rendimientos son mejores cuando la reacción se lleva a cabo a elevada temperatura. Con los materiales actuales, se alcanza una temperatura próxima a los 900 grados centígrados. De acuerdo con el estado de la técnica, el catalizador se dispone dentro de una multitud de tubos situados en la zona de radiación de un horno especial. Los vapores salen habitualmente de la zona de radiación a una temperatura superior a 900 ºC, lo que deja una importante cantidad de calor que hay que recuperar en la zona de convección del horno.

Por lo general, el calor disponible en los vapores en la zona de convección se utiliza para producir vapor de agua, utilizándose una parte del vapor de agua producido con la carga del procedimiento. A veces el calor aun disponible en los vapores se utiliza para el precalentamiento del aire de combustión, así como para el precalentamiento de la carga del reformado con vapor.

A la salida de la zona catalítica, el gas de síntesis está a una temperatura de 900 ºC aproximadamente, y se debe enfriar de forma muy rápida para evitar la corrosión del reactor a causa de la mezcla CO e hidrógeno (fenómeno denominado “metal dusting”) . Por lo general, el enfriamiento rápido de los efluentes reactivos se obtiene mediante una producción adicional de vapor de agua. En total la producción de vapor de agua relacionada con el procedimiento de reformado con vapor es importante, y a menudo ampliamente excedentaria con respecto a las necesidades en el lugar de uso del hidrógeno.

Se han propuesto otros procedimientos, en particular el procedimiento Hygensys, que utiliza los vapores producidos por una turbina de gas como fluido termoportador dentro de un reactor intercambiador específico, calentándose de nuevo estos vapores a la salida del reactor de reformado con vapor para producir electricidad por medio de una turbina de expansión. Subiste, sin embargo, una cantidad de vapor de agua más o menos importante que se exporta, en una menor cantidad no obstante que en el procedimiento de base.

Por otra parte, el procedimiento Hygensys coproduce electricidad, lo que no es necesariamente útil en el lugar y precisa por tanto una red con transformador para exportarla.

El procedimiento de acuerdo con la invención permite optimizar la producción de vapor de agua en el sentido de que el vapor de agua producido se utiliza por completo para satisfacer las necesidades internas del procedimiento, es decir esencialmente el vapor de agua necesario para la mezcla con la carga de hidrocarburo, y el necesario para los equipos del procedimiento.

El procedimiento de acuerdo con la invención no coproduce electricidad, de tal modo que los únicos productos del

procedimiento son el hidrógeno y el CO2 emitido. Desde este punto de vista, el procedimiento de acuerdo con la presente invención es más eficiente que los procedimientos de la técnica anterior. El procedimiento de acuerdo con la invención también es más compacto, por lo tanto menos costoso, en particular a causa de la simplificación de los intercambiadores situados sobre los vapores en la salida del reactor (25) .

Por último, el procedimiento de acuerdo con la invención permite un menor consumo de combustible, por lo tanto un nivel de emisión de CO2, expresado en kg de CO2 emitido por kg de hidrógeno producido, más bajo que todos los procedimientos de producción de gas de síntesis de la técnica anterior.

Análisis de la técnica anterior

Se limitará al procedimiento conocido con el nombre comercial de Hygensys y del que se puede encontrar una descripción en la patente FR 2.890.955.

Este procedimiento Hygensys entra en la categoría de los procedimientos de producción del gas de síntesis mediante reformado con vapor de una fracción hidrocarbonada o de gas natural, y se caracteriza por un aporte de calorías realizado por medio de un gas caliente generado en el exterior del reactor intercambiador en el interior del cual se llevan a cabo las reacciones de reformado con vapor. El propio reactor intercambiador puede recurrir al diseño original que se describe en la patente FR 2.914.395.

El procedimiento Hygensys descrito en los documentos citados, coproduce un exceso de vapor de agua y electricidad.

La patente US 3 958 951 describe un horno de reformado con vapor provisto de tubos llenos de catalizador, en lo que concierne al procedimiento, calentándose estos tubos en una zona de convección.

El presente procedimiento se diferencia de la técnica anterior por la ausencia de coproducción de vapor de agua y

de electricidad. Además, su nivel de emisión de CO2 producido conducido a la unidad de hidrógeno es más bajo que el de la técnica anterior, y permite emitir alrededor de 0, 5 kg de CO2 menos conducido por kg de hidrógeno producido.

Breve descripción de las figuras La figura 1 representa un esquema del procedimiento Hygensys de acuerdo con la patente FR 2 890 955.

La figura 2 representa un esquema del procedimiento de acuerdo con la presente invención.

Breve descripción de la invención La presente invención se puede definir como un procedimiento de producción de hidrógeno puro, es decir que tiene un nivel de pureza al menos igual al 99, 5 % (en peso) , mediante el reformado con vapor de una fracción hidrocarbonada en un reactor intercambiador que utiliza como fluido termoportador unos vapores calientes y a 20 presión generados mediante una cámara de combustión. Con respecto a todos los procedimientos de la técnica anterior, el procedimiento de acuerdo con la presente invención genera una cantidad de vapor de agua que corresponde exactamente a las necesidades del procedimiento, es decir, en primer lugar, al vapor de agua necesario para el reformado con vapor de la carga hidrocarbonada y, en segundo lugar, al suministro de energía de la turbina de vapor que permite accionar el compresor que suministra el nivel de presión requerido sobre el fluido termoportador.

Se entiende por “exactamente” una cantidad de vapor de agua igual a las necesidades definidas con anterioridad con una diferencia de más o menos un 10 %, sabiendo que un dispositivo de control y regulación de la presión de los vapores que recurre a una válvula situada aguas abajo de los intercambiadores sobre la línea de evacuación de dichos vapores tras su paso por el reactor de reformado con vapor, permite absorber el más o menos 10 % de variaciones permitidas en torno al punto de funcionamiento nominal del procedimiento.

De manera más precisa, el procedimiento de producción de hidrógeno mediante el reformado con vapor de una fracción de petróleo de acuerdo con la presente invención utiliza una cámara de combustión (27) que produce unos vapores calientes (34) a partir de un flujo de aire (20) y de gas combustible (19) .

Dichos vapores calientes (34) se ponen a presión mediante el compresor (32) y aportan sus calorías al nivel del reactor intercambiador (25) en el interior del cual se llevan a cabo las reacciones de reformado con vapor de la carga de hidrocarburo (1) mezclada con el vapor (17) .

La carga de hidrocarburo (1) puede estar constituida por cualquier tipo de fracciones de petróleo, incluido el gas natural, y será de manera preferente una fracción con un número de átomos de carbono comprendido entre 1 y 10, y de manera preferente comprendido entre 1 y 5.

El efluente reactivo (2) constituido esencialmente por una mezcla de hidrógeno y de monóxido de carbono (llamado por el experto en la materia “gas de síntesis”) se enfría en una serie de intercambiadores con las referencias (11) , (12) , (13) , y los vapores (35) a la salida del reactor (25) se enfrían en otra serie de intercambiadores (6-1) (7-1) que permiten generar el vapor de agua que introducen los flujos (8) , (8’) y (9) en el matraz (5) .

El número de intercambiadores que permite el enfriamiento del efluente reactivo (2) tales como (11) , (12) , (13) , el número de intercambiadores que permiten el enfriamiento de los vapores (35) tales como (6-1) (7-1) y el número de líneas tales como (8) , (8’) (9) que conducen al matraz (5) , no... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento de producción de hidrógeno mediante el reformado con vapor de una fracción de petróleo que utiliza una cámara de combustión (27) que produce unos vapores calientes (34) a partir de un flujo de aire (20) y de 5 gas combustible (19) , poniéndose a presión dichos vapores calientes (34) mediante un compresor (32) , y que aportan sus calorías al nivel de un reactor intercambiador (25) en el interior del cual se llevan a cabo las reacciones de reformado con vapor de la carga de hidrocarburo (1) mezclada con el vapor (17) , enfriándose el efluente reactivo (2) , denominado gas de síntesis, en una serie de intercambiadores, y enfriándose los vapores (35) en otra serie de intercambiadores (6-1) (7-1) que permiten generar vapor de agua (8) , (8’) , (9’) introducido dentro de un matraz (5) ,

procedimiento en el cual el vapor de agua (18) producido por el procedimiento se utiliza por completo en el propio procedimiento, procediendo de la siguiente manera:

- el vapor de agua del procedimiento (17) se envía mezclado con la carga hidrocarbonada (1) al reactor de reformado con vapor (25) controlando su caudal para ajustar la relación en masa entre el caudal de vapor de agua

(17) y el caudal de carga hidrocarbonada (1) en un valor comprendido entre 1, 5 y 3, y de manera preferente comprendido entre 1, 5 y 2;

- el vapor de agua producido restante (21) se utiliza para alimentar la turbina de vapor (33) asociada al compresor (32) , controlándose el caudal de aire (20) que alimenta dicho compresor (32) por medio de la válvula (36) situada

sobre el circuito de vapores (35) aguas abajo de los intercambiadores (7-1) y (6-1) , de tal modo que la presión de funcionamiento del compresor (32) se ajuste entre 3 y 5 bares absolutos para mantenerse en la curva característica de dicho compresor.

2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el gas efluente (2) , denominado gas de síntesis, que se vuelve efluente (37) tras su enfriamiento en la serie de intercambiadores (11) , (12) , (13) , se introduce en la unidad de separación por cribado (40) que produce, por una parte, el hidrógeno del procedimiento (41) con un nivel de pureza superior al 99, 9 % en peso y, por otro lado, un gas de purga (42) que se comprime mediante el compresor (43) para constituir el gas de combustión (22) que alimenta la cámara de combustión (27) , eventualmente mezclado con un gas combustible complementario (19) .

3. Procedimiento de producción de hidrógeno mediante reformado con vapor de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en el cual la carga del reactor de reformado con vapor es una fracción de petróleo con un total de átomos de carbono comprendido entre 1 y 10, y de manera preferente comprendido entre 1 y 5.