Reformador de vapor.

Aparato (23, 30) para convertir un gas de alimentación (28) que comprende compuestos orgánicos y vapor de agua en un gas producto (29) que esencialmente contiene dióxido de carbono e hidrógeno,

que comprende

- una parte de reformador (24) con al menos una cámara de reacción (15) dotada con un orificio de entrada (26) para gas de alimentación (28) y un orificio de salida (27) para gas producto (29) y la cual está limitada por la pared interior de un tubo exterior (4) cerrado en uno de sus extremos y la pared exterior de un tubo interior (14) dispuesto coaxialmente en este tubo exterior y abierto en ambos extremos, y

- una parte de horno (25) para calentar la cámara de reacción (15),

en la que el orificio de entrada (26) está formado por el extremo abierto del tubo interior (14) distalmente del extremo cerrado del tubo exterior (4), y el orificio de salida (27) está formado por el extremo abierto del tubo exterior (4), en el cual la parte de horno comprende (25) un quemador (5), una cámara de combustión (1) y una sección de transferencia de calor, la cual está formada por al menos un tubo de transferencia de calor (3) caracterizado porque el tubo de transferencia de calor (3) está cerrado en un extremo y envuelve el al menos un tubo exterior (4) de la parte de reformador (24), y la transferencia de calor del tubo de transferencia de calor (3) al tubo exterior (4) tiene lugar mediante radiación.

Reformador de vapor

[0001] La presente invención se refiere a un aparato para convertir un gas de alimentación que comprende compuestos orgánicos y vapor de agua en un gas producto que esencialmente contiene dióxido de carbono e hidrógeno, que comprende

una parte de reformador con al menos una cámara de reacción que está provista de un orificio de entrada para gas de alimentación y un orificio de salida para gas producto y la cual está limitada por la pared interior de un tubo exterior cerrado en uno de sus extremos y la pared exterior de un tubo interior dispuesto coaxialmente en este tubo exterior y abierto en ambos extremos, y

una parte de horno para calentar la cámara de reacción, en la que el orificio de entrada está formado por el extremo abierto del tubo interior distalmente del extremo cerrado del tubo exterior, y el orificio de salida está formado por el extremo abierto del tubo exterior,

en el cual la parte de horno comprende un quemador, una cámara de combustión y una sección de transferencia de calor, la cual está formada por al menos un tubo de transferencia de calor.

[0002] En tal aparato, que se conoce como reformador de vapor, tiene lugar la siguiente reacción.

Cx Hy Oz + (2x-z) H20 -> x CO2 + (2x-z+y/2) H2

[0003] Esta reacción es endotérmica, así que se necesita calor para sostener la reacción.

[0004] Se conoce un aparato así, por ejemplo, por el documento de patente alemana DE 27 05 324 A1. El aparato descrito en esta publicación comprende un número de tubos exteriores paralelos que están cerrados en su extremo inferior, suspendidos en su extremo superior desde una placa de transporte compartida y calentados desde el exterior con, por ejemplo, gases de escape o gas de helio. El gas de alimentación entra aquí en los tubos exteriores por arriba, cambia la dirección en la parte inferior y seguidamente fluye hacia arriba a través del tubo interior.

[0005] Cuando se calienta con gases de escape, se emplea una serie de quemadores, como es conocido, por ejemplo, por el documento de patente europea EP 1 734 002 A2.

[0006] Un problema del diseño de un reformador de vapor es que para una conversión química óptima la temperatura es cercana o mayor que la temperatura a la que se degradan los materiales a emplear para la cámara del reactor. El catalizador a emplear se mantiene en los casos típicos a una temperatura de 800 °C, mientras que las paredes de la cámara de reacción no deben superar una temperatura de unos 900 °C. No obstante, aquí se ha de hacer uso de gases de combustión que normalmente tienen una temperatura de unos 1600 °C.

[0007] En los aparatos conocidos se aplican una pluralidad de quemadores para calentar una pluralidad de tubos exteriores. Es necesaria una pluralidad de quemadores para poder conseguir una temperatura uniforme de los tubos exteriores a una potencia menor que la potencia máxima de los quemadores.

[0008] El uso de una pluralidad de quemadores es un factor que encarece el coste en el diseño del aparato. Un horno con una pluralidad de quemadores además tiene la desventaja de que se emiten los gases de combustión del mismo, tras el intercambio de calor con los tubos exteriores, a una temperatura relativamente alta, con el efecto del incremento de los costes de funcionamiento del reformador de vapor.

[0009] El documento de patente estadounidense US 6 667 014 B1 revela un reformador de vapor para convertir un combustible de reactor en un gas producto, dicho reformador incluye un lecho del catalizador que está formado por bloques catalizadores que están configurados para coincidir con la configuración de la cámara del lecho del catalizador. En este reformador, se suministran flujos de gas calentado, consistente en productos de la combustión, directamente desde la cámara de combustión a la superficie exterior de la pared exterior de la cámara de reacción, calentando de este modo la cámara de reacción considerablemente mediante convección.

[0010] Es un objeto de la invención proporcionar un reformador de vapor que sea de construcción compacta y que pueda ser diseñado y operado de forma que se reduzcan los costes.

[0011] Estos objetivos se cumplen, y se consiguen otras ventajas, con un aparato del tipo según la reivindicación 1.

[0012] El gas de alimentación en un aparato según la invención entra a los tubos interiores, cambia la dirección al final de estos tubos exteriores y fluye hacia afuera a través del tubo exterior intercambiando calor con el horno.

[0013] Se ha descubierto que se puede conseguir una inesperadamente buena transferencia de calor en un reformador de vapor con tal dirección de flujo del gas de alimentación, en el cual la temperatura del tubo exterior es relativamente homogénea y se puede por consiguiente alimentar tanto calor como sea posible al espacio del reactor sin exceder localmente la temperatura máxima del tubo permitida a pesar del hecho de que el flujo no sea relativamente homogéneo en todas partes.

[0014] A diferencia de en un aparato de la técnica anterior, según esta forma de realización la transferencia de calor en un aparato desde la parte de horno a la parte de reformador básicamente no tiene lugar mediante convección sino mediante radiación.

Esta transferencia de calor por medio de radiación además contribuye a una distribución uniforme de la temperatura en la cámara del reactor.

[0015] Un aparato así según esta forma de realización además proporciona la ventaja de que es posible colocar uno o más sensores de temperatura de una manera especialmente simple, por ejemplo termopares, en el espacio entre la parte de horno y la parte de reformador.

[0016] En una forma de realización ventajosa de manera práctica de un aparato según la invención la parte de reformador está dotada de una cámara de salida en una primera pared donde desemboca el extremo abierto del tubo exterior, dicha cámara de salida está dotada de una segunda pared opuesta a la primera pared con un orificio de inserción cerrable opuesto al tubo exterior para insertar el tubo interior en el tubo exterior.

[0017] En un aparato así el interior de los tubos exteriores es de un acceso especialmente fácil, por ejemplo para mantenimiento o reparación.

[0018] En esta realización la parte de reformador preferiblemente se dota de una cámara de entrada que está limitada por la segunda pared de la cámara de salida y una tercera pared opuesta a esta segunda pared y acoplada libremente a la segunda pared.

[0019] En otra forma de realización la cámara del reactor comprende un material catalizador que por ejemplo está dotado en al menos una parte de una lámina portadora dispuesta alrededor del tubo interior.

[0020] A fin de aumentar el área de superficie efectiva de la lámina portadora, esta lámina por ejemplo, en una sección transversal a través del tubo interior y exterior, tiene una estructura periódica de picos y valles sucesivos.

[0021] En una forma de realización subsiguiente la cámara del reactor está provista de un intercambiador de calor para transferir el calor entre el gas de alimentación suministrado a través del tubo interior y el gas producto que fluye a través de la cámara del reactor.

[0022] Tal intercambiador de calor por ejemplo está formado por una lámina de un material termoconductor dispuesto alrededor de al menos una parte del tubo interior, teniendo esta lámina en una sección transversal a través del tubo interior y exterior una estructura periódica de picos y valles sucesivos.

[0023] A fin de mejorar el buen contacto entre los gases de combustión del quemador con la pared exterior del tubo de transferencia de calor, la parte de horno por ejemplo comprende un canal de descarga para gases de combustión que está formado por la pared exterior del tubo de transferencia de calor y una cubierta cilindrica coaxial que se extiende alrededor de esta pared y provista de orificios de paso.

[0024] Los orificios de paso están por ejemplo provistos en una parte de la cubierta cilindrica proximalmente al extremo cerrado del tubo de transferencia de calor y el canal de descarga también comprende una salida en una parte de la sección de transferencia de calor distalmente del extremo cerrado del tubo de transferencia de calor.

[0025] En una forma de realización un aparato según la invención comprende un intercambiador de calor para transferencia de calor entre la sección de transferencia de calor y la cámara del reactor, este intercambiador de calor está formado con una lámina de material termoconductor dispuesta alrededor de al menos una parte del tubo exterior, dicha lámina en una sección transversal a través del tubo interior y... [Seguir leyendo]

1. Aparato (23, 30) para convertir un gas de alimentación (28) que comprende compuestos orgánicos y vapor de agua en un gas producto (29) que esencialmente contiene dióxido de carbono e hidrógeno, que comprende

una parte de reformador (24) con al menos una cámara de reacción (15) dotada con un orificio de entrada (26) para gas de alimentación (28) y un orificio de salida (27) para gas producto (29) y la cual está limitada por la pared interior de un tubo exterior (4) cerrado en uno de sus extremos y la pared exterior de un tubo interior (14) dispuesto coaxialmente en este tubo exterior y abierto en ambos extremos, y una parte de horno (25) para calentar la cámara de reacción (15), en la que el orificio de entrada (26) está formado por el extremo abierto del tubo interior (14) distalmente del extremo cerrado del tubo exterior (4), y el orificio de salida (27) está formado por el extremo abierto del tubo exterior (4), en el cual la parte de horno comprende (25) un quemador (5), una cámara de combustión (1) y una sección de transferencia de calor, la cual está formada por al menos un tubo de transferencia de calor (3) caracterizado porgue el tubo de transferencia de calor (3) está cerrado en un extremo y envuelve el al menos un tubo exterior (4) de la parte de reformador (24), y la transferencia de calor del tubo de transferencia de calor (3) al tubo exterior (4) tiene lugar mediante radiación.

2. Aparato (23, 30) según la reivindicación 1, caracterizado porgue la parte de reformador (24) está provista de una cámara de salida (10), en una primera pared (31) de donde desemboca el extremo (27) abierto del tubo exterior (4), dicha cámara de salida (10) está situada en una segunda pared (12) opuesta a la primera pared (31) con un orificio de inserción que se puede cerrar (13) opuesto al tubo exterior (4) con el objeto de insertar el tubo interior (14) en el tubo exterior (4).

3. Aparato (23, 30) según la reivindicación 2, caracterizado porgue la parte de reformador (24) está provista de una cámara de entrada (11) que está limitada por la segunda pared (12) de la cámara de salida (10) y una tercera pared (37) opuesta a esta segunda pared (12) y acoplada libremente a la segunda pared (12).

4. Aparato (23, 30) según cualquiera de las reivindicaciones 1-3, caracterizado porgue la cámara del reactor (15) comprende un material catalizador.

5. Aparato (23, 30) según la reivindicación 4, el material catalizador está provisto en al menos una parte de una lámina portadora (37, 37, 37") dispuesta alrededor del tubo interior (14).

6. Aparato (23, 30) según la reivindicación 5, caracterizado porgue la lámina portadora (37, 37, 37") tiene una estructura periódica de picos (41, 41, 41") y valles (42, 42, 42") en una sección transversal a través del tubo interior (14) y exterior (4).

7. Aparato (30) según cualquiera de las reivindicaciones 1-6, caracterizado porgue la cámara del reactor (15) está

provista de un intercambiador de calor (17) para transferir el calor entre el gas de alimentación (28) suministrado a través del tubo interior (14) y del gas producto (29) que fluye a través de la cámara del reactor (15).

8. Aparato (30) según la reivindicación 7, caracterizado porgue el intercambiador de calor (17) está formado por

una lámina (37, 37, 37") de un material termoconductor dispuesto alrededor de al menos una parte del tubo interior (14), teniendo esta lámina (37, 37, 37") una estructura periódica de picos (41, 41, 41") y valles (42, 42, 42") en una sección transversal a través del tubo interior (14) y exterior (4).

9. Aparato (23, 30) según cualquiera de las reivindicaciones 1-8, caracterizado porgue la parte de horno (25) comprende un canal de descarga para gases de combustión (38) que está formado por la pared exterior del tubo de transferencia de calor (3) y una cubierta cilindrica coaxial (8) que se prolonga más allá de esta pared y provista de orificios de paso (40).

10. Aparato (23, 30) según la reivindicación 9, caracterizado porgue los orificios de paso (40) están situados en una parte de la cubierta cilindrica (8) proximalmente al extremo cerrado del tubo de transferencia de calor (3), y el canal de descarga también comprende una salida (9) en una parte de la sección de transferencia de calor distalmente del extremo cerrado del tubo de transferencia de calor (3).

11. Aparato (30) según cualquiera de las reivindicaciones 1-10, caracterizado por tener un intercambiador de calor (19) para transferencia de calor entre la sección de transferencia de calor y la cámara del reactor (15), este intercambiador de calor (19) está formado por una lámina (37, 37, 37") de un material termoconductor dispuesto alrededor de al menos una parte del tubo exterior (4), dicha lámina (37, 37, 37") tiene una estructura periódica de picos (41, 41, 41") y valles (42, 42, 42") sucesivos en una sección transversal a través del tubo exterior (4) y del tubo de transferencia de calor (3).

12. Aparato (30) según cualquiera de las reivindicaciones 1-11, caracterizado porgue el tubo de transferencia de calor (3) está situado en su parte exterior con un material termoaislante (2) en una zona alrededor de su extremo cerrado.

13. Aparato (23, 30) según cualquiera de las reivindicaciones 1-12. caracterizado porque la parte de reformador (24) comprende al menos dos reactores (4, 15, 14) situados en paralelo, en donde los respectivos orificios de entrada (26) son correspondidos mediante un colector de entrada compartido (11), y los respectivos orificios de

salida (27) son correspondidos mediante un colector de salida compartido (10).

14. Aparato (23, 30) según la reivindicación 13, en donde el número de reactores en paralelo (4, 15, 14) es de 3n2- 3n+1, en donde n es un número entero 2<n<13, dichos reactores en una sección transversal están situados adyacentemente dentro de un hexágono regular en filas paralelas, en donde una primera fila exterior comprende

n reactores y cada fila subsiguiente comprende un reactor más hasta un máximo de 2n-1 reactores, tras lo cual

cada fila subsiguiente comprende un reactor menos hasta un segunda fila exterior opuesta a la primera fila exterior, dicha segunda fila exterior comprende n reactores.