Reformado de vapor de hidrocarburos con emisiones reducidas de dióxido de carbono.

Un procedimiento de producción de un producto (72) de gas que contiene hidrógeno,

que comprende:

(a) introducir una corriente (10) de proceso que comprende vapor de agua y al menos un hidrocarburo seleccionado de entre el grupo que consiste en metano, etano, propano, butano, pentano y hexano en una pluralidad de tubos (104) reformadores que contienen catalizador en un horno (100) reformador y hacer reaccionar la corriente de proceso en el interior de la pluralidad de tubos (104) reformadores que contienen catalizador a una primera temperatura comprendida entre 700º C y 1.000º C y una primera presión comprendida entre 0,2 y 5 MPa (entre 2 y 50 atmósferas) para formar una corriente (12) de reformado que comprende hidrógeno, monóxido de carbono, metano y vapor de agua y retirar la corriente (12) de reformado de la pluralidad de tubos (104) reformadores que contienen catalizador;

(b) hacer reaccionar la corriente (12, 32) de reformado en presencia de un catalizador (44) de desplazamiento a una segunda temperatura comprendida entre 190º C y 500º C y una segunda presión comprendida entre 0,2 y 5 MPa (entre 2 y 50 atmósferas) para formar una segunda corriente (42) de proceso que comprende dióxido de carbono, hidrógeno, monóxido de carbono y metano;

(c) lavar la segunda corriente (42) de proceso con una corriente (64) de lavado para formar una corriente (62) con bajo contenido de dióxido de carbono y una corriente (66) de lavado cargada con dióxido de carbono;

(d) separar la corriente (62) con bajo contenido de dióxido de carbono para formar el producto (72) de gas que contiene hidrógeno y un gas (76) secundario que comprende metano y monóxido de carbono;

(e) introducir una parte del gas (76) secundario en la corriente (10, 14) de proceso en una ubicación aguas arriba de la pluralidad de tubos (104) reformadores que contienen catalizador y/o en la corriente (12) de reformado en una ubicación aguas arriba de un catalizador (24) de reformado en un reactor (20) de reformado secundario; y

(f) quemar un gas (74) de combustión que comprende una parte del producto (72) de gas que contiene hidrógeno, una parte (77) del gas (76) secundario, y, opcionalmente, un combustible (18) complementario en el horno (100) de reformado externo a la pluralidad de tubos (104) reformadores que contienen catalizador para suministrar energía para hacer reaccionar la corriente de proceso en el interior de la pluralidad de tubos (104) reformadores que contienen catalizador, y retirar un gas (110) de combustión del horno (100) reformador.

Reformado de vapor de hidrocarburos con emisiones reducidas de dióxido de carbono ANTECEDENTES

Hay una creciente presión para reducir las emisiones de dióxido de carbono debidas a procesos industriales. Una gran planta de producción de hidrógeno puede producir hasta 900.000 toneladas métricas de dióxido de carbono por año, de esta manera, puede ser considerada como una fuente significativa de dióxido de carbono.

En Europa, Canadá y California, las regulaciones relativas a la reducción de dióxido de carbono están siendo introducidas de manera gradual. Esto significa que la legislación relativa a los gases de efecto invernadero (GEI) sigue siendo una consideración clave en los proyectos en el marco temporal 2012-2015. La interpretación actual sobre este tema es que las nuevas plantas tendrán que realizar una planificación relativa a la captura de dióxido de carbono, pero es posible que no tengan la obligación de instalar y operar dichos sistemas en la fecha de puesta en marcha del proyecto. Por lo tanto, la industria desea un diseño preparado para capturar dióxido de carbono, flexible, que pueda ser implementado cuando sea necesario.

La industria desea producir hidrógeno mediante reformado de vapor de hidrocarburos mientras se captura el dióxido de carbono, disminuyendo o eliminando, de esta manera, las emisiones de dióxido de carbono.

La industria desea ajustar la cantidad de dióxido de carbono capturado en base a las regulaciones y la economía.

La industria desea un procedimiento de producción de hidrógeno a gran escala, energéticamente eficiente, con emisiones de dióxido de carbono reducidas en comparación con los procedimientos convencionales.

El documento EP 1 582 502 A describe, con referencia a la Figura 2 del mismo, un procedimiento de producción de un producto de gas que contiene hidrógeno en el que una corriente de proceso que comprende vapor de agua y un combustible de hidrocarburo es reformada en un reformador para producir una corriente de reformado que, después de una reacción adicional en un reactor de desplazamiento, es separada a continuación en un dispositivo de separación en un producto de hidrógeno sustancialmente puro, una corriente rica en dióxido de carbono y un gas residual que contiene combustible sin reaccionar y, en algunas realizaciones, trazas de monóxido de carbono. La totalidad del gas es reciclada de nuevo en la corriente del procedimiento para un reformado adicional. El calor necesario para la reacción de reformado en el reformador es suministrado por el calor de combustión de una cámara de combustión acoplada al reformador. En una realización, una parte de la corriente de producto de hidrógeno es usada como combustible para el procedimiento de combustión en la cámara de combustión, de manera que no se forma dióxido de carbono en el procedimiento de combustión en la cámara de combustión.

El documento US 4.553.981 describe, con referencia a la Figura del mismo, un procedimiento de producción de un producto de gas que contiene hidrógeno en el que una corriente de proceso que comprende vapor de agua y una alimentación de hidrocarburos es reformada en un reformador para producir una corriente de reformado que, a continuación, se hace reaccionar adicionalmente en un reactor de desplazamiento. El efluente del reactor de desplazamiento es lavado en un lavador para proporcionar una corriente con bajo contenido de dióxido de carbono y una corriente de lavado cargada con dióxido de carbono. A continuación, la corriente con bajo contenido de dióxido de carbono es separada en un sistema de adsorción por oscilación de presión (Pressure Swing Absorption, PSA) en un producto de gas que contiene hidrógeno purificado, y un gas residual que se genera durante las etapas de desorción del procedimiento PSA. Una parte del gas residual desde el sistema PSA es reciclada al reformador o al reactor de desplazamiento para su posterior reformado, y otra parte es desviada para su uso como un gas de combustión (donde el gas residual contiene metano) o para su eliminación, por ejemplo, para evitar la acumulación de nitrógeno y/o argón (si está presente en el gas residual) en el procedimiento.

El documento GB 1 129 597 describe un procedimiento de producción de un producto de gas que contiene hidrógeno en el que una corriente de proceso que comprende vapor de agua y un gas de hidrocarburos es reformada en un horno de reformado que tiene una pluralidad de tubos reformadores que contienen catalizador. A continuación, el reformado resultante se hace reaccionar adicionalmente en un reactor de desplazamiento, se lava en un lavador de dióxido de carbono, y se procesa en un dispositivo de metanización con el fin de obtener el producto de gas de hidrógeno deseado.

El documento WO 2005/012166 A describe un procedimiento de producción de un producto de gas que contiene hidrógeno en el que una corriente de proceso que comprende vapor de agua y gas natural es reformada en un reformador y el reformado resultante se hace reaccionar adicionalmente en un reactor de desplazamiento. A continuación, el efluente del reactor de desplazamiento es lavado en un lavador de gas para proporcionar una

corriente con bajo contenido de dióxido de carbono y una corriente de dióxido de carbono. A continuación, la corriente con bajo contenido de dióxido de carbono es separada en un sistema de adsorción por oscilación de presión para proporcionar el producto de gas de hidrógeno purificado, y un gas residual que contiene hidrógeno y pequeñas cantidades de hidrocarburos no convertidos. A continuación, el gas residual es quemado en la cámara de combustión asociada con el reformador.

BREVE SUMARIO

La presente invención se refiere a un procedimiento de producción de un producto de gas que contiene hidrógeno. El procedimiento comprende:

(a) introducir una corriente de proceso que comprende vapor de agua y al menos un hidrocarburo seleccionado de entre el grupo que consiste en metano, etano, propano, butano, pentano y hexano en una pluralidad de tubos reformadores que contienen catalizador en un horno de reformado y hacer reaccionar la corriente de proceso en el interior de la pluralidad de tubos reformadores que contienen catalizador a una primera temperatura comprendida entre 700° C a 1.000° C y una primera presión comprendida entre 2 y 50 atmósferas (entre 0,2 y 5 MPa) para formar una corriente de reformado que comprende hidrógeno, monóxido de carbono, metano y vapor de agua y retirar la corriente de reformado de la pluralidad de tubos reformadores que contienen catalizador;

(b) hacer reaccionar la corriente de reformado en presencia de un catalizador de desplazamiento a una segunda temperatura comprendida entre 190° C y 500° C y una segunda presión comprendida entre 2 y 50 atmósferas (entre 0,2 y 5 MPa) para formar una segunda corriente de proceso que comprende dióxido de carbono, hidrógeno, monóxido de carbono y metano;

(c) lavar la segunda corriente de proceso con una corriente de lavado para formar una corriente con bajo contenido de dióxido de carbono y una corriente de lavado cargada con dióxido de carbono;

(d) separar la corriente con bajo contenido de dióxido de carbono para formar el producto de gas que contiene hidrógeno y un gas secundario que comprende metano y monóxido de carbono;

(e) introducir una parte del gas secundario en la corriente de proceso en una ubicación aguas arriba de la pluralidad de tubos reformadores que contienen catalizador y/o en la corriente de reformado en una ubicación aguas arriba de un catalizador de reformado en un reactor de reformado secundario; y

(f) quemar un gas de combustión que comprende una parte del producto de gas que contiene hidrógeno, una parte del gas secundario y, opcionalmente, un combustible complementario en el horno de reformado externo a la pluralidad de tubos reformadores que contienen el catalizador para suministrar energía para hacer reaccionar la corriente de proceso en el interior de la pluralidad de tubos reformadores que contienen catalizador, y retirar un gas de combustión del horno de reformado.

Entre el 50% y el 98% en volumen del gas secundario formado en la etapa (d) puede ser introducido en la corriente de proceso en la etapa (e).

El procedimiento puede comprender hacer reaccionar la corriente de proceso en presencia de un segundo catalizador de reformado en un reactor sin llama a una tercera temperatura comprendida entre 425° C y 600° C y una tercera presión comprendida entre 2 y 50 atmósferas (entre 0,2 y 5 MPa) para formar dióxido de carbono e hidrógeno en la corriente de proceso antes de introducir la corriente de proceso en la pluralidad de tubos reformadores que contienen catalizador. La parte del gas secundario... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento de producción de un producto (72) de gas que contiene hidrógeno, que comprende:

(a) introducir una corriente (10) de proceso que comprende vapor de agua y al menos un hidrocarburo seleccionado de entre el grupo que consiste en metano, etano, propano, butano, pentano y hexano en una pluralidad de tubos (104) reformadores que contienen catalizador en un horno (100) reformador y hacer reaccionar la corriente de proceso en el interior de la pluralidad de tubos (104) reformadores que contienen catalizador a una primera temperatura comprendida entre 700° C y 1.000° C y una primera presión comprendida entre 0,2 y 5 MPa (entre 2 y 50 atmósferas) para formar una corriente (12) de reformado que comprende hidrógeno, monóxido de carbono, metano y vapor de agua y retirar la corriente (12) de reformado de la pluralidad de tubos (104) reformadores que contienen catalizador;

(b) hacer reaccionar la corriente (12, 32) de reformado en presencia de un catalizador (44) de desplazamiento a una segunda temperatura comprendida entre 190° C y 500° C y una segunda presión comprendida entre 0,2 y 5 MPa (entre 2 y 50 atmósferas) para formar una segunda corriente (42) de proceso que comprende dióxido de carbono, hidrógeno, monóxido de carbono y metano;

(c) lavar la segunda corriente (42) de proceso con una corriente (64) de lavado para formar una corriente (62) con bajo contenido de dióxido de carbono y una corriente (66) de lavado cargada con dióxido de carbono;

(d) separar la corriente (62) con bajo contenido de dióxido de carbono para formar el producto (72) de gas que contiene hidrógeno y un gas (76) secundario que comprende metano y monóxido de carbono;

(e) introducir una parte del gas (76) secundario en la corriente (10, 14) de proceso en una ubicación aguas arriba de la pluralidad de tubos (104) reformadores que contienen catalizador y/o en la corriente (12) de reformado en una ubicación aguas arriba de un catalizador (24) de reformado en un reactor (20) de reformado secundario; y

(f) quemar un gas (74) de combustión que comprende una parte del producto (72) de gas que contiene hidrógeno, una parte (77) del gas (76) secundario, y, opcionalmente, un combustible (18) complementario en el horno (100) de reformado externo a la pluralidad de tubos (104) reformadores que contienen catalizador para suministrar energía para hacer reaccionar la corriente de proceso en el interior de la pluralidad de tubos (104) reformadores que contienen catalizador, y retirar un gas (110) de combustión del horno (100) reformador.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que entre el 50% y el 98% en volumen del gas (76) secundario formado en la etapa (d) es introducido en la corriente (10, 14) de proceso en la etapa (e).

3. Procedimiento según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, que comprende además:

hacer reaccionar la corriente (14) de proceso en presencia de un segundo catalizador (84) de reformado en un reactor (80) sin llama a una tercera temperatura comprendida entre 425° C y 600° C y una tercera presión comprendida entre 0,2 y 5 MPa (entre 2 y 50 atmósferas) para formar dióxido de carbono e hidrógeno en la corriente (10, 14) de proceso antes de introducir la corriente (10) de proceso en la pluralidad de tubos (104) reformadores que contienen catalizador.

4. Procedimiento según la reivindicación 3, en el que la parte del gas (76) secundario es introducida en la corriente (14) de proceso aguas arriba del reactor (80) sin llama.

5. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1-4, que comprende además:

introducir un gas (26) rico en oxígeno en la corriente (12) de reformado después de retirar la corriente (12) de reformado de la pluralidad de tubos (104) reformadores que contienen catalizador para oxidar parcialmente la corriente de reformado; y

hacer reaccionar la corriente (12) de reformado parcialmente oxidada en presencia del catalizador (24) de reformado en el reactor (20) de reformado secundario en condiciones de reacción suficientes para formar productos de reacción que comprenden monóxido de carbono e hidrógeno en la corriente (22) de reformado antes de hacer reaccionar la corriente (32) de reformado en presencia del catalizador (44) de desplazamiento.

6. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1-4, que comprende además:

introducir un gas (28) de alimentación que comprende al menos un hidrocarburo y, opclonalmente, vapor de agua en la corriente (12) de reformado después de retirar la corriente (12) de reformado de la pluralidad de

tubos (104) reformadores que contienen catalizador, en el que el al menos un hidrocarburo se selecciona de entre el grupo que consiste en metano, etano, propano, butano, pentano y hexano;

introducir un gas (26) rico en oxigeno en la corriente (12) de reformado después de retirar la corriente (12) de reformado de la pluralidad de tubos (104) reformadores que contienen catalizador para oxidar parcialmente la corriente (12) de reformado; y

hacer reaccionar la corriente (12) de reformado parcialmente oxidada en presencia del catalizador (24) de reformado en el reactor (20) de reformado secundario en condiciones de reacción suficientes para formar productos de reacción que comprenden monóxido de carbono e hidrógeno en la corriente (12) de reformado antes de hacer reaccionar monóxido carbono y vapor de agua en la corriente (32) de reformado en presencia del catalizador (44) de desplazamiento.

7. Procedimiento según la reivindicación 5 o 6, en el que la parte del gas (76) secundario es introducida en la corriente (12) de reformado en la ubicación aguas arriba del reactor (20) de reformado secundario.

8. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1-7, en el que el catalizador (44) de desplazamiento comprende óxido de hierro y la segunda temperatura está comprendida entre 310° C y 500° C.

9. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1-7, en el que el catalizador (44) de desplazamiento comprende óxido de hierro y la segunda temperatura está comprendida entre 310 y 400° C.

10. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1-7, en el que el catalizador (44) de

desplazamiento comprende cobre y la segunda temperatura está comprendida entre 200° C y 400° C.

11. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1-7, en el que el catalizador (44) de

desplazamiento comprende cobre y la segunda temperatura está comprendida entre 200 y 350° C.

12. Procedimiento según la reivindicación 8 o 9, que comprende además:

hacer reaccionar la segunda corriente (42) de proceso en presencia de un segundo catalizador (54) de desplazamiento a una cuarta temperatura comprendida entre 190° C y 300° C y a una cuarta presión comprendida entre 0,2 y 5 MPa (entre 2 y 50 atmósferas) para formar dióxido de carbono e hidrógeno en la segunda corriente (52) de proceso antes de la etapa de lavado de la segunda corriente (52) de proceso.

13. Procedimiento según la reivindicación 12, en el que el segundo catalizador (54) de desplazamiento comprende cobre.

14. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1-13, en el que el gas (74) de combustión comprende entre el 30% en volumen y el 98% en volumen de producto (72) de gas que contiene hidrógeno y entre el 2% en volumen y el 70% en volumen de gas (76) secundario.