Método de hacer funcionar un reformador catalítico de vapor de agua-hidrocarburo.

Un método de hacer funcionar un reformador catalítico de vapor de agua-hidrocarburo,

teniendo el reformador una pluralidad de tubos de reformador que contienen catalizador de reformado para hacer reaccionar vapor de agua y uno o más hidrocarburos en presencia del catalizador de reformado en una reacción de reformado, en el que el vapor de agua se introduce con una relación molar de vapor de agua a carbono, comprendiendo el método:

obtener un valor para cada una de una o más propiedades independientes de la composición de una o más corrientes del procedimiento, la una o más propiedades independientes de la composición seleccionadas de propiedades que afectan a la formación de carbono sobre el catalizador de reformado;

determinar por lo menos por uno de un cálculo, una tabla de consulta, una base de datos, y un gráfico si aumentar o disminuir la relación molar de vapor de agua a carbono usando por lo menos el valor de la una o más propiedades independientes de la composición y dependiendo de un criterio de formación de carbono en el que el criterio de formación de carbono es un criterio en términos cuantitativos que define la propensión del uno o más hidrocarburos en los tubos del reformador a formar carbono sobre el catalizador de reformado en los tubos del reformador; y

aumentar o disminuir la relación molar de vapor de agua a hidrocarburo según la etapa de determinar si aumentar o disminuir la relación molar de vapor de agua a carbono.

Método de hacer funcionar un reformador catalítico de vapor de agua-hidrocarburo Antecedentes

La producción de hidrógeno y/o gas de síntesis por reformado catalítico de vapor de agua-hidrocarburo, también denominado reformado con vapor de agua, reformado de vapor de agua-metano o SMR, es bien conocida y se lleva a cabo en un reactor llamado un reformador.

La reacción de reformado es una reacción endotérmica y se puede describir generalmente como CnHm + n H2O n CO + (m/2 + n) H2. El hidrógeno se genera cuando se genera gas de síntesis. El procedimiento, siendo endotérmico, es un procedimiento intensivo de energía. Como se elevan los costes de energía, la industria de producción de hidrógeno desea mejorar la eficiencia térmica del reformador.

El vapor de agua es uno de los reactivos en la reacción de reformado. En reformadores catalíticos de vapor de agua- hidrocarburos, una materia prima de alimentación que contiene hidrocarburo se combina con el vapor de agua en una T de mezcla para formar una alimentación mixta. La alimentación mixta se calienta y se pasa a los tubos del reformador en un reformador tubular de combustión para someterse a una reacción de reformado. La alimentación mixta se puede pasar primero a un denominado prereformador antes de la reacción en los tubos del reformador.

El vapor de agua proporcionado para la reacción de reformado se denomina típicamente vapor de agua del procedimiento distinto del vapor de agua de exportación, que se exporta desde la planta de reformado como producto. La cantidad de vapor de agua del procedimiento usada es un parámetro de funcionamiento clave para el procedimiento catalítico de vapor de agua-hidrocarburo. Por una parte, la eficiencia térmica del reformador catalítico de vapor de agua-hidrocarburo aumenta cuando disminuye la cantidad de vapor de agua del procedimiento debido a las reducidas pérdidas de calor residual. Por otra parte, la propensión a la formación de carbono sobre el catalizador en los tubos del reformador aumenta a medida que disminuye la cantidad de vapor de agua del procedimiento por debajo de un valor crítico.

La formación de carbono desactiva y/o desintegra el catalizador de reformado, provocando una caída de presión no deseada a través de los tubos del reformador y/o un sobrecalentamiento de los tubos. Si el catalizador se desactiva y/o desintegra, la producción de hidrógeno se debe interrumpir para regenerar o reemplazar el catalizador. En consecuencia, la cantidad de vapor de agua del procedimiento usada es generalmente mayor de la necesaria para la reacción de reformado.

En la práctica industrial, la cantidad de vapor de agua del procedimiento usada se controla mediante un parámetro denominado "relación molar de vapor de agua a carbono", también denominado simplemente "relación de vapor de agua a carbono" y abreviado "S/C". La relación molar de vapor de agua a carbono de la alimentación es la relación del caudal en moles de vapor de agua en la alimentación al caudal en moles de carbono basado en hidrocarburo en la alimentación.

Establecer y controlar la relación de vapor de agua a carbono es importante para el funcionamiento del reformador catalítico de vapor de agua-hidrocarburo. Idealmente, los operarios quieren trabajar con una relación de vapor de agua a carbono en el valor apropiado más bajo tal que el reformador funciona a su máxima eficiencia sin riesgo de formación de carbono. La relación más baja de vapor de agua a carbono sin riesgo de formación de carbono se puede considerar como la relación crítica de vapor de agua a carbono.

Generalmente, la relación crítica de vapor de agua a carbono se determina durante la fase de diseño de un reformador basada en las deseadas condiciones del procedimiento, equipo seleccionado, catalizador de reformado, composición de materia prima de alimentación proyectada, y/o basada en la anterior experiencia de funcionamiento. La relación crítica de vapor de agua a carbono se calcula típicamente basada en el peor de los casos, por ejemplo, usando la actividad catalítica al final de la campaña. Para tratar las variaciones inesperadas en el procedimiento y equipo, se establece una relación objetivo de vapor de agua a carbono para propósitos de control ligeramente más alta que la relación crítica de vapor de agua carbono.

En la práctica industrial, se mide el caudal y el número de carbonos de la corriente que contiene hidrocarburo para determinar el caudal en moles de carbono basado en hidrocarburo de la corriente que contiene hidrocarburo. A continuación se ajusta el caudal de vapor de agua del procedimiento para mantener la relación objetivo de vapor de agua a carbono.

La industria desea mejorar la eficiencia térmica del funcionamiento del reformador de vapor de agua/hidrocarburo. La industria desea un procedimiento de producción de hidrógeno que usa un reformador de vapor de agua/hidrocarburo que puede funcionar con eficiencia mejorada sin el riesgo de la formación de carbono sobre el catalizador de reformado.

El documento JP 10-120401 A describe un método para fabricar hidrógeno por un método de reformado de vapor de agua que usa gas desprendido que comprende principalmente hidrocarburos producidos como subproducto en una

refinería de petróleo como materia prima, en el que se mide el caudal y densidad del gas desprendido, el número de átomos de carbono por mol se determina de la correlación entre la densidad del gas desprendido y el número de átomos de carbono por mol, el número total de átomos de carbono en el gas desprendido se calcula a partir de este número de átomos de carbono por mol y el caudal, el caudal de vapor de agua del procedimiento se determina a partir de este número total de átomos de carbono y la relación de vapor de agua/carbono, y se controla el caudal del vapor de agua del procedimiento.

El documento US 2009/078912 A1 describe un método para determinar un valor de contenido de carbono (por ejemplo, el valor del número de carbonos o valor de factor de carbono) de una mezcla que contiene hidrocarburo. Por lo menos una propiedad intensiva que depende de la composición (por ejemplo, valor Inferior de calentamiento, valor superior de calentamiento, conductividad térmica, viscosidad, capacidad térmica molar, capacidad térmica específica, y velocidad sónica) de la mezcla que contiene hidrocarburo se mide y opclonalmente por lo menos se mide la concentración de un componente no hidrocarburo usando las medidas resultantes en una correlación del contenido de carbono para calcular el contenido de carbono de la mezcla que contiene hidrocarburo. El contenido de carbono se puede usar en un procedimiento de producción de hidrógeno y/o gas de síntesis para calcular un caudal objetivo de vapor de agua a combinar con la mezcla que contiene hidrocarburo para formar una alimentación mixta que tiene una relación objetivo de vapor de agua a carbono.

En el "Process Solutions Guide -Refining -Hydrogen Plant", de Micro Motlon and Emerson Process Management, se describe un medidor Micro Motion Coriolis que se puede instalar en la alimentación de gas de combustión o gas natural para controlar la relación de vapor de agua a carbono. La masa del gas es proporcional al contenido de carbono, de modo que la relación se puede calcular suponiendo un contenido de carbono constante por masa del gas y controlando el caudal de vapor de agua consecuentemente.

El documento US 2002/0178806 A1 describe un sistema de medida de caudal másico para su uso en el reformado con vapor de agua de hidrocarburos e incluye un medidor de caudal Coriolis en una conducción de materia prima de alimentación de hidrocarburo. El contenido de carbono de la materia prima de alimentación se estima por aproximación cercana, que facilita las operaciones de control selectivo que gobiernan las cantidades relativas de vapor de agua y materiales de hidrocarburo a medida que alimentan una unidad de procesado de hidrógeno. Las cantidades relativas de vapor de agua y materia prima de alimentación de hidrocarburo se ajustan en base a medidas en tiempo real.

El documento US 2002/0096208 A1 describe un método para la medida del caudal másico y densidad combinando un vórtice y una medida de un dispositivo de diferencia de presiones. Una medida del vórtice dará el flujo volumétrico real, mientras que la medida del dispositivo de diferencia de presiones se tiene que corregir con la densidad para dar el flujo real. Comparando las dos medidas se calcula y se indica la densidad y/o el flujo másico y la señal de flujo másico se puede usar para el control subsecuente.

El documento US 2002/0096208 A1 describe que la alimentación a un reformador de vapor de agua es una mezcla de vapor de agua e hidrocarburo,... [Seguir leyendo]

1. Un método de hacer funcionar un reformador catalítico de vapor de agua-hidrocarburo, teniendo el reformador una pluralidad de tubos de reformador que contienen catalizador de reformado para hacer reaccionar vapor de agua y uno o más hidrocarburos en presencia del catalizador de reformado en una reacción de reformado, en el que el vapor de agua se introduce con una relación molar de vapor de agua a carbono, comprendiendo el método:

obtener un valor para cada una de una o más propiedades independientes de la composición de una o más corrientes del procedimiento, la una o más propiedades independientes de la composición seleccionadas de propiedades que afectan a la formación de carbono sobre el catalizador de reformado;

determinar por lo menos por uno de un cálculo, una tabla de consulta, una base de datos, y un gráfico si aumentar o disminuir la relación molar de vapor de agua a carbono usando por lo menos el valor de la una o más propiedades independientes de la composición y dependiendo de un criterio de formación de carbono en el que el criterio de formación de carbono es un criterio en términos cuantitativos que define la propensión del uno o más hidrocarburos en los tubos del reformador a formar carbono sobre el catalizador de reformado en los tubos del reformador; y

aumentar o disminuir la relación molar de vapor de agua a hidrocarburo según la etapa de determinar si aumentar o disminuir la relación molar de vapor de agua a carbono.

2. El método de la reivindicación 1, en el que la una o más corrientes del procedimiento se selecciona de una corriente de entrada al reformador, una corriente de salida del reformador, una corriente de entrada a un prereformador, y una corriente de salida del prereformador; en el que la corriente de salida del prereformador alimenta al reformador, y en el que la una o más propiedades independientes de la composición se seleccionan de temperatura, presión y caudal total.

3. El método de una cualquiera de las reivindicaciones precedentes que comprende adicionalmente:

obtener un valor para cada una de una o más propiedades dependientes de la composición de la una o más corrientes del procedimiento, la una o más propiedades dependientes de la composición seleccionadas de propiedades que afectan a la formación de carbono sobre el catalizador de reformado;

en el que la etapa de determinar si aumentar o disminuir la relación molar de vapor de agua a carbono depende adicionalmente del valor de la una o más propiedades dependientes de la composición.

4. El método de una cualquiera de las reivindicaciones precedentes que comprende adicionalmente: obtener la composición de la una o más corrientes del procedimiento;

en el que la etapa de determinar si aumentar o disminuir la relación molar de vapor de agua a carbono depende adicionalmente de la composición de la una o más corrientes del procedimiento.

5. El método de una cualquiera de las reivindicaciones precedentes que comprende adicionalmente: obtener un valor para la actividad del catalizador de reformado;

en el que la etapa de determinar si aumentar o disminuir la relación molar de vapor de agua a carbono depende adicionalmente del valor de la actividad del catalizador de reformado.

6. El método de una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la una o más propiedades independientes de la composición de la una o más corrientes del procedimiento incluye un caudal de una alimentación que contiene hidrocarburo al reformador para la reacción de reformado y en el que la etapa de determinar si aumentar o disminuir la relación molar de vapor de agua a carbono depende del valor del caudal de la alimentación que contiene hidrocarburo al reformador.

7. El método de la reivindicación 6, en el que la una o más propiedades independientes de la composición de la una o más corrientes del procedimiento incluye adicionalmente un caudal de otra alimentación que contiene hidrocarburo al reformador y en el que la etapa de determinar si aumentar o disminuir la relación molar de vapor de agua a carbono depende del valor del caudal de la otra alimentación que contiene hidrocarburo al reformador, en el que la otra alimentación que contiene hidrocarburo es una corriente de reciclado que comprende efluente del reformador.

8. El método de una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que:

la una o más propiedades independientes de la composición de la una o más corrientes del procedimiento incluye una temperatura de una alimentación que contiene hidrocarburo al reformador para la reacción de reformado y en el que la etapa de determinar si aumentar o disminuir la relación molar de vapor de agua a carbono depende del valor de la temperatura de la alimentación que contiene hidrocarburo al reformador, y/o

la una o más propiedades independientes de la composición de la una o más corrientes del procedimiento incluye una presión de una alimentación que contiene hidrocarburo al reformador para la reacción de reformado y en el que la etapa de determinar si aumentar o disminuir la relación molar de vapor de agua a carbono depende del valor de la presión de la alimentación que contiene hidrocarburo al reformador.

9. El método de una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la una o más propiedades independientes de la composición de la una o más corrientes del procedimiento incluye un caudal de una corriente de combustible al reformador para el calentamiento por combustión y en el que la etapa de determinar si aumentar o disminuir la relación molar de vapor de agua a carbono depende del valor del caudal de la corriente de combustible al reformador.

10. El método de una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la etapa de determinar si aumentar o disminuir la relación molar de vapor de agua a carbono comprende:

medir una temperatura, T, en una o más posiciones longitudinales en un tubo del reformador de la pluralidad de tubos del reformador, o calcular una temperatura, T, en una o más posiciones longitudinales en un tubo del reformador de la pluralidad de tubos del reformador a partir de por lo menos el valor obtenido de la una o más propiedades independientes de la composición;

calcular una temperatura de formación de carbono, Tc, en la una o más posiciones longitudinales en el tubo del reformador de la pluralidad de tubos del reformador a partir de por lo menos el valor obtenido de la una o más propiedades independientes de la composición;

calcular una diferencia de temperatura, AT, en la que AT=TC-T en la una o más posiciones longitudinales en el tubo del reformador; y

comparar la diferencia de temperatura, AT, con una diferencia de temperatura objetivo como criterio de formación de carbono para determinar si aumentar o disminuir la relación molar de vapor de agua a carbono.

11. El método de una cualquiera de las reivindicaciones 3 a 9, en el que la etapa de determinar si aumentar o disminuir la relación molar de vapor de agua a carbono comprende:

medir una temperatura, T, en una o más posiciones longitudinales en un tubo del reformador de la pluralidad de tubos del reformador o calcular una temperatura, T, en una o más de las posiciones longitudinales en un tubo del reformador de la pluralidad de tubos del reformador a partir de por lo menos el valor obtenido de la una o más propiedades independientes de la composición y del valor obtenido de la una o más propiedades dependientes de la composición;

calcular una temperatura de formación de carbono, Tc, en la una o más posiciones longitudinales en el tubo del reformador de la pluralidad de tubos del reformador a partir de por lo menos el valor obtenido de la una o más propiedades independientes de la composición y del valor obtenido de la una o más propiedades dependientes de la composición;

calcular una diferencia de temperatura, AT, en la que AT=TC-T en la una o más posiciones longitudinales en el tubo del reformador; y

comparar la diferencia de temperatura, AT, con una diferencia de temperatura objetivo como criterio de formación de carbono para determinar si aumentar o disminuir la relación molar de vapor de agua a carbono.

12. El método de una cualquiera de las reivindicaciones 4 a 9, en el que la etapa de determinar si aumentar o disminuir la relación molar de vapor de agua a carbono comprende:

medir una temperatura, T, en una o más posiciones longitudinales en un tubo del reformador de la pluralidad de tubos del reformador o calcular una temperatura, T, en una o más de las posiciones longitudinales en un tubo del reformador de la pluralidad de tubos del reformador a partir de por lo menos el valor obtenido de la una o más propiedades independientes de la composición y de la composición obtenida de la una o más corrientes del procedimiento;

calcular una temperatura de formación de carbono, Tc, en la una o más posiciones longitudinales en el tubo del reformador de la pluralidad de tubos del reformador a partir de por lo menos el valor obtenido de la una o más propiedades independientes de la composición y de la composición obtenida de la una o más corrientes del procedimiento;

calcular una diferencia de temperatura, AT, en la que AT=TC-T en la una o más posiciones longitudinales en el tubo del reformador; y

comparar la diferencia de temperatura, AT, con una diferencia de temperatura objetivo como criterio de formación de carbono para determinar si aumentar o disminuir la relación molar de vapor de agua a carbono.

13. El método de una cualquiera de las reivindicaciones 5 a 9, en el que la etapa de determinar si aumentar o disminuir la relación molar de vapor de agua a carbono comprende:

medir una temperatura, T, en una o más posiciones longitudinales en un tubo del reformador de la pluralidad de tubos del reformador o calcular una temperatura, T, en una o más de las posiciones longitudinales en un tubo del reformador de la pluralidad de tubos del reformador a partir de por lo menos el valor obtenido de la una o más propiedades independientes de la composición y del valor obtenido para la actividad del catalizador de reformado;

calcular una temperatura de formación de carbono, Tc, en la una o más posiciones longitudinales en el tubo del reformador de la pluralidad de tubos del reformador a partir de por lo menos el valor obtenido de la una o más propiedades independientes de la composición y del valor obtenido para la actividad del catalizador de reformado;

calcular una diferencia de temperatura, AT, en la que AT=TC-T en la una o más posiciones longitudinales en el tubo del reformador; y

comparar la diferencia de temperatura, AT, con una diferencia de temperatura objetivo como criterio de formación de carbono para determinar si aumentar o disminuir la relación molar de vapor de agua a carbono.

14. El método de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en el que la etapa de determinar si aumentar o disminuir la relación molar de vapor de agua a carbono comprende comparar la relación molar de vapor de agua a carbono con una relación molar de vapor de agua a carbono de referencia, la relación molar de vapor de agua a carbono de referencia determinada a partir de un gráfico y/o una tabla de consulta creada a partir del criterio de formación de carbono, correspondiendo la relación molar de vapor de agua a carbono de referencia del gráfico y/o la tabla de consulta al valor obtenido para cada una de la una o más propiedades Independientes de la composición.

15. El método de una cualquiera de las reivindicaciones 3 a 9, en el que la etapa de determinar si aumentar o disminuir la relación molar de vapor de agua a carbono comprende comparar la relación molar de vapor de agua a carbono con una relación molar de vapor de agua a carbono de referencia, la relación molar de vapor de agua a carbono de referencia determinada a partir de un gráfico y/o una tabla de consulta creada a partir del criterio de formación de carbono, correspondiendo la relación molar de vapor de agua a carbono de referencia del gráfico y/o la tabla de consulta al valor obtenido para cada una de la una o más propiedades Independientes de la composición y al valor obtenido de la una o más propiedades dependientes de la composición.

16. El método de una cualquiera de las reivindicaciones 4 a 9, en el que la etapa de determinar si aumentar o disminuir la relación molar de vapor de agua a carbono comprende comparar la relación molar de vapor de agua a carbono con una relación molar de vapor de agua a carbono de referencia, la relación molar de vapor de agua a carbono de referencia determinada a partir de un gráfico y/o una tabla de consulta creada a partir del criterio de formación de carbono, correspondiendo la relación molar de vapor de agua a carbono de referencia a partir del gráfico y/o la tabla de consulta al valor obtenido para cada una de la una o más propiedades independientes de la composición y a la composición obtenida de la una o más corrientes del procedimiento.

17. El método de una cualquiera de las reivindicaciones 5 a 9, en el que la etapa de determinar si aumentar o disminuir la relación molar de vapor de agua a carbono comprende comparar la relación molar de vapor de agua a carbono con una relación molar de vapor de agua a carbono de referencia, la relación molar de vapor de agua a carbono de referencia determinada a partir de un gráfico y/o una tabla de consulta creada a partir del criterio de formación de carbono, correspondiendo la relación molar de referencia de vapor de agua a carbono a partir del gráfico y/o la tabla de consulta al valor obtenido para cada una de las propiedades independientes de la composición y al valor obtenido para la actividad del catalizador de reformado.