Reformador multitubular para un sistema de reformado de hidrocarburos y alcoholes.

Reformador multitubular para un sistema de reformado de hidrocarburos y alcoholes integrado con una pila de combustible que comprende un colector de alimentación y distribución de reactivos (1),

unos tubos de reacción (6) alrededor de los que circulan unos gases calientes, al menos dos intercambiadores de calor integrados en los tubos de reacción (6) y un colector de flujo de gas de reformado (18). La distribución del gas de reactivos se realiza de forma homogénea a todos los tubos de reacción (6) gracias al empleo de una placa de distribución (5) situada en la brida de conexión (2) del colector de alimentación y distribución de reactivos (1) y a un anillo de restricción de flujo (3) situado en la línea de entrada de gas de reactivos que elimina la lateralidad del flujo de gas de reactivos antes de llegar a la placa de distribución (5).

Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P201331239.

Solicitante: ABENGOA HIDRÓGENO, S.A.

Nacionalidad solicitante: España.

Inventor/es: GALLARDO GARCIA-ORTA,VICTORIA, JIMENEZ DOMINGUEZ,Mª Angeles, GARCÍA GÓMEZ,Covadonga, SCHOLTEN,Anton, MARTÍN BETANCOURT,Mariana, WESTERNDORP,Gerard.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • B01J8/06 TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES.B01 PROCEDIMIENTOS O APARATOS FISICOS O QUIMICOS EN GENERAL.B01J PROCEDIMIENTOS QUÍMICOS O FÍSICOS, p. ej. CATÁLISIS O QUÍMICA DE LOS COLOIDES; APARATOS ADECUADOS. › B01J 8/00 Procedimientos químicos o físicos en general, llevados a cabo en presencia de fluidos y partículas sólidas; Aparatos para tales procedimientos. › en reactores tubulares; las partículas sólidas están dispuestas en tubos.
  • C01B3/34 QUIMICA; METALURGIA.C01 QUIMICA INORGANICA.C01B ELEMENTOS NO METALICOS; SUS COMPUESTOS (procesos de fermentación o procesos que utilizan enzimas para la preparación de elementos o de compuestos inorgánicos excepto anhídrido carbónico C12P 3/00; producción de elementos no metálicos o de compuestos inorgánicos por electrólisis o electroforesis C25B). › C01B 3/00 Hidrógeno; Mezclas gaseosas que contienen hidrógeno; Separación del hidrógeno a partir de mezclas que lo contienen; Purificación del hidrógeno (producción de gas de agua o gas de síntesis a partir de materias carbonosas sólidas C10J). › por reacción de hidrocarburos con agentes gasificantes.
Reformador multitubular para un sistema de reformado de hidrocarburos y alcoholes.

Fragmento de la descripción:

OBJETO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se puede incluir en el campo técnico de los reactores de reformado, conocidos como reformadores, y más concretamente a los que están diseñados para ser incorporados en un sistema de reformado de bioetanol para la producción de corrientes ricas en hidrógeno aptas para alimentar pilas de combustible.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Del estado de la técnica se conoce una pluralidad de reformadores que permiten el reformado de combustibles fósiles, gas natural, metanol, etanol, etc. para la producción de hidrógeno para la producción de energía eléctrica mediante pilas de combustible.

Se conocen reformadores que permiten maximizar la utilización de calor para un proceso de reformado de vapor de hidrocarburos para producir gas de síntesis. Dichos reformadores comprenden un recipiente revestido de material refractario con tabiques que dividen el interior del recipiente en una cámara de combustión que contiene uno o más quemadores. Hay unas cámaras de convección que se utilizan como un medio para eliminar productos de la combustión de la cámara a través de una o más aberturas en el extremo opuesto del extremo del quemador. La cámara de combustión contiene uno o más tubos del reformador en el que se introduce una mezcla de hidrocarburos y el flujo de vapor de agua que recibe el calor radiante directo desde la llama de combustión a través de la pared del tubo.

Asimismo se conocen reformadores en los que se introducen hidrocarburos que comprenden compartimentos que definen una cámara de combustión con un dispositivo quemador para la combustión de un combustible. Disponen de una segunda cámara integralmente formada con el compartimento descrito y que comprende un conducto para recibir agua y otro para evacuar gases de postcombustión. El reformador está dentro del quemador y comprende catalizador en su interior para llevar a cabo la reacción de reformado.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

La presente invención propone un reformador multitubular para un sistema de reformado de hidrocarburos y alcoholes destinado a producir una corriente rica en hidrógeno apta para alimentar pilas de combustible.

La mayor ventaja del presente reformador es que el gas de reactivos que se introduce en él se distribuye uniformemente por todos los tubos de reformado. En el reformador se genera la corriente gaseosa rica en hidrógeno mediante una reacción catalítica de reformado empleando como gas de reactivos una mezcla de bioetanol y vapor de agua.

En una realización preferente de la invención, el reformador se emplea en un sistema de reformado de bioetanol. A lo largo de la memoria se describe el ejemplo de realización preferente empleando bioetanol (de origen no fósil) mezclado con agua como gas de reactivos, pero un experto en la materia entenderá que el mismo ejemplo aplica a la mezcla de etanol (obtenido de cualquier otra forma) más agua. La reacción de reformado de bioetanol con agua es altamente endotérmica por lo que es necesario aportar una cantidad elevada de energía durante la reacción para mantener una distribución de temperaturas uniforme en el reformador.

El gas de reformado que se obtiene a la salida del reformador, después de haberse llevado a cabo la reacción catalítica, es un gas con una concentración de CO menor de 9 % v (base seca) . Dicho gas de reformado tiene una concentración de H2 superior al 70% v (base seca) . Además la concentración de metano es menor al 1% v (base seca) .

Las partes esenciales del reformador de la invención son un colector de alimentación y distribución de reactivos, un conjunto de tubos de reacción, intercambiadores de calor (aletas) integrados en los tubos de reacción y un colector de flujo de gas de reformado.

El bioetanol y el agua una vez evaporados en los correspondientes equipos del sistema de reformado de bioetanol se mezclan una línea de alimentación al reformador que está unida al colector de alimentación y distribución de reactivos mediante una brida de conexión. En el interior de este colector de alimentación y distribución de reactivos se realiza la distribución homogénea del gas de reactivos hacia cada uno de los tubos de reacción.

El reformador multitubular de la presente invención garantiza una distribución homogénea de gases por todos los tubos de reacción, siendo éste un parámetro clave para que se produzca una distribución homogénea de temperaturas en todos los tubos. La obtención de una distribución homogénea de temperaturas en los tubos ayuda a conseguir una óptima reacción catalítica de reformado.

La distribución homogénea de flujo de gases de reactivos se consigue gracias a una placa de distribución de flujo que se dispone en la entrada del colector de alimentación y distribución de reactivos. Dicha placa de distribución de flujo está inclinada un ángulo determinado respecto a la entrada del colector en la dirección de entrada del gas de reactivos y está diseñada para distribuir la corriente de reactivos a alta velocidad proveniente de la brida de entrada por todo el colector de alimentación y distribución de reactivos.

El colector de alimentación y distribución de reactivos tiene un volumen pequeño por lo que la introducción de gas de reactivos a alta velocidad genera, en los reformadores del estado de la técnica, una alimentación preferencial de los tubos directamente enfrentados a la brida de entrada, debido a la alta presión dinámica de la corriente. En la presente invención la colocación de la placa distribuidora elimina este efecto repartiendo los reactivos por todo el colector de alimentación y distribución de reactivos y consiguiendo así una alimentación equilibrada en todos los tubos del reformador.

En la línea de alimentación se dispone también un anillo restrictor de flujo. Debido a la curvatura de la línea de alimentación del reformador, el caudal de reactivos que se introduce adquiere un camino preferencial por el lateral de dicha línea de alimentación. Esto produce un perfil de velocidades muy heterogéneo en la sección de entrada al reformador lo que genera un mal funcionamiento de la placa de distribución. El anillo restrictor de flujo provoca una restricción en la circulación del caudal de reactivos que uniformiza el perfil de velocidades en la brida de entrada. Con esto se consigue que la placa de distribución reciba un frente de flujo uniforme.

El reformador de la presente invención comprende también un mezclador estático que permite asegurar una mezcla homogénea del bioetanol y el vapor de agua que se introducen en el reformador. Está situado en la línea de alimentación, antes de la brida de entrada al colector.

El colector de alimentación y distribución de reactivos está conectado con el conjunto tubos de reacción, que se distribuyen preferentemente formando un hexágono, con una zona central y un perímetro delimitado por los tubos de reacción que están situados en la zona exterior.

Cada tubo de reacción del reformador está constituido por dos tubos concéntricos que son un tubo interior y un tubo exterior. Los tubos de reacción tienen un extremo abierto por el que entran y salen los gases y otro extremo cerrado en el que se dispone un capuchón. Dicho capuchón cierra el extremo del tubo exterior pero no el del tubo interior.

El gas de reactivos entra en el tubo de reacción por el tubo interior y lo recorre axialmente hasta llegar al otro extremo, donde está el capuchón. En ese punto el gas de reactivos experimenta un cambio de trayectoria y de sentido y vuelve hasta el extremo de entrada por el tubo exterior (más concretamente por la sección anular que se dispone entre el tubo interior y el tubo exterior) . Durante su recorrido por el tubo exterior el gas atraviesa al menos un lecho catalítico en el que se lleva a cabo la reacción catalítica de reformado. En el extremo abierto del tubo exterior se recoge el gas de reformado que es una corriente rica en hidrógeno.

En la sección anular de los tubos de reacción se favorecen intercambios de calor que permiten mejorar las condiciones bajo las que se produce la reacción de reformado y el producto obtenido. Estos intercambios de calor que se realizan en la sección anular también permiten la integración energética, es decir, el aprovechamiento de energía residual. Por ejemplo, se utiliza el gas de reformado para calentar la corriente de gas de reactivos que circula por el tubo interior.

El colector de flujo de gas de reformado está situado a continuación del colector de alimentación y distribución de reactivos separados ambos por un plato de conexión que impide que se mezclen los distintos flujos gaseosos (de gas de reactivos y...

 


Reivindicaciones:

1. Reformador multitubular para un sistema de reformado de hidrocarburos y alcoholes integrado con una pila de combustible que comprende un colector de alimentación y distribución de reactivos (1) , unos tubos de reacción (6) alrededor de los que circulan unos gases calientes, al menos dos intercambiadores de calor integrados en los tubos de reacción (6) y un colector de flujo de gas de reformado (18) , y el reformador está caracterizado por:

-el colector de alimentación y distribución de reactivos (1) está conectado a una brida de conexión (2) conectada a su vez a una línea de entrada de reactivos (17) a través de la que se introduce el gas de reactivos:

-en la brida de conexión (2) se dispone una placa de distribución (5) de flujo tal que el flujo de entrada de gas de reactivos incide directamente sobre ella, y consta de dos vertientes inclinadas, y está destinada a distribuir homogéneamente el gas de reactivos por todos los tubos de reacción (6) ,

-en la línea de entrada de reactivos (17) se dispone un anillo de restricción al flujo (3) destinado a eliminar la lateralidad del flujo de gas de reactivos antes de llegar a la placa de distribución (5) ;

-los tubos de reacción (6) comprenden al menos un primer intercambiador y un lecho catalítico en el interior del tubo de reacción (6) , un segundo intercambiador en el exterior del tubo de reacción (6) ,

-el colector de flujo de gas de reformado (18) está situado a continuación del colector de alimentación y distribución de reactivos (1) , separados ambos colectores (18, 1) por un plato de conexión (19) , y los tubos de reacción comprenden un tubo interior (7) conectado al colector de alimentación y distribución de reactivos (1) y un tubo exterior (8) conectado al colector de flujo de gas de reformado (18) .

2. Reformador multitubular para un sistema de reformado de hidrocarburos y alcoholes según la reivindicación 1 caracterizado por que el gas de reactivos es bioetanol mezclado con vapor de agua.

3. Reformador multitubular para un sistema de reformado de hidrocarburos y alcoholes

según la reivindicación 1 caracterizado por que los tubos de reacción (6) comprenden una sección anular (9) entre el tubo interior (7) y el tubo exterior (8) y se dividen longitudinalmente en:

-una primera sección (10) en la que se dispone el primer intercambiador que comprende unas primeras aletas (11) en la sección anular (9) y unas segundas aletas

(12) en el interior del tubo interior (7) destinadas a favorecer el intercambio de calor entre los gases que circulan por el tubo interior (7) y los que circulan por la sección anular (9) ,

-una segunda sección (13) situada a continuación de la primera sección (10) en la que se dispone el lecho catalítico, que comprende unas terceras aletas (14) en la sección anular (9) impregnadas con un catalizador, destinadas a favorecer la reacción de reformado de los gases que las atraviesan, y se dispone el segundo intercambiador que comprende unas cuartas aletas (15) en la parte externa del tubo exterior (8) destinadas a favorecer el intercambio de calor entre los gases que circulan por la sección anular (9) y los gases calientes que circulan por fuera de los tubos de reacción (6) y con una geometría tal que favorece la turbulencia de dichos gases calientes que circulan por fuera de los tubos de reacción (6) ,

-una tercera sección (16) situada a continuación de la segunda sección (13) , a lo largo de la que prolongan las terceras aletas (14) situadas en la sección anular (9) recubiertas con un catalizador destinadas a favorecer la reacción de reformado de los gases que las atraviesan.

4. Reformador multitubular para un sistema de reformado de hidrocarburos y alcoholes según la reivindicación 1 caracterizado porque adicionalmente comprende una pluralidad de deflectores que se disponen entre los espacios vacíos que quedan entre dos tubos de reacción (6) adyacentes, destinados a forzar la circulación de los gases calientes que circulan por fuera de los tubos de reacción (6) hacia las paredes del tubo exterior (8) de dichos tubos de reacción (6) .

5. Reformador multitubular para un sistema de reformado de hidrocarburos y alcoholes según la reivindicación 4 caracterizado por que los deflectores situados entre los tubos de reacción (6) dispuestos en la zona exterior del conjunto de tubos de reacción (6) tienen una configuración de sección triangular.

6. Reformador multitubular para un sistema de reformado de hidrocarburos y alcoholes según la reivindicación 4 caracterizado porque los deflectores situados entre los tubos de reacción (6) dispuestos en la zona central del conjunto de tubos de reacción (6) tienen una configuración de sección circular.

7. Reformador multitubular para un sistema de reformado de hidrocarburos y alcoholes según la reivindicación 1 caracterizado por que en la línea de entrada de reactivo (17) se dispone un mezclador estático (4) destinado a realizar una mezcla homogénea del los reactivos.

8. Reformador multitubular para un sistema de reformado de hidrocarburos y alcoholes según la reivindicación 1 caracterizado por que está integrado con un quemador constituyendo un módulo compacto.

9. Reformador multitubular para un sistema de reformado de hidrocarburos y alcoholes según la reivindicación 8 caracterizado por que está integrado en la cámara de combustión de un quemador.

10. Reformador multitubular para un sistema de reformado de hidrocarburos y alcoholes según la reivindicación 8 caracterizado por que todos los tubos de reacción (6) trabajan a una temperatura comprendida entre los 500ºC y los 850ºC.

11. Reformador multitubular para un sistema de reformado de hidrocarburos y alcoholes según la reivindicación 8 caracterizado por que todos los tubos de reacción (6) trabajan a una temperatura comprendida entre los 700ºC y los 750 ºC.

12. Uso del reformador multitubular para un sistema de reformado de hidrocarburos y alcoholes descrito en las reivindicaciones 1 a 11 en un sistema de reformado de bioetanol.

13. Uso del reformador multitubular para un sistema de reformado de hidrocarburos y alcoholes descrito en las reivindicaciones 1 a 11 en un submarino en condiciones anaeróbicas.


 

Patentes similares o relacionadas:

Reactor tubular modificado y procedimiento para efectuar reacciones catalíticas que implican intercambios térmicos en el que se usa, del 1 de Julio de 2020, de SAIPEM S.P.A.: Procedimiento para efectuar reacciones exotérmicas catalíticas en fase líquida que implican intercambios térmicos, siendo dichas reacciones reacciones […]

Reactor de haz tubular para la realización de reacciones de fase gaseosa catalíticas, del 3 de Junio de 2020, de MAN Energy Solutions SE: Reactor de haz tubular para la realización de reacciones de fase gaseosa catalíticas, en particular, de reacciones de metanización, con un haz de tubos de reacción […]

Método para reducir la propagación de la temperatura en un reformador, del 15 de Abril de 2020, de TECHNIP FRANCE: El método para calentar un gas del proceso en un reformador de encendido superior o inferior que comprende dos carriles exteriores de tubos del reformador […]

Dispositivo de monitorización, método de instalación y aparato, del 1 de Abril de 2020, de JOHNSON MATTHEY PLC: Un metodo para instalar un dispositivo de monitorizacion con la carga simultanea de un catalizador en particulas en un tubo de catalizador vertical que comprende: (i) introducir […]

Método y sistema para la producción de hidrógeno, del 11 de Marzo de 2020, de Stamicarbon B.V. acting under the name of MT Innovation Center: Un proceso para la producción de hidrógeno en un sistema de reactor que comprende una zona de reacción de reformado con vapor que comprende un catalizador […]

Reactor y procedimiento para la fabricación de fosgeno, del 20 de Noviembre de 2019, de BASF SE: Reactor cilindrico para la fabricacion de fosgeno mediante la reaccion de monoxido de carbono y cloro en fase gaseosa, en presencia […]

Reformador con vapor, del 14 de Agosto de 2019, de Nuvera Fuel Cells, LLC: Un reformador con vapor para la producción de un reformado de hidrógeno, que comprende: una concha que tiene una cavidad y una fuente de calor […]

Imagen de 'Método para la oxidación catalítica en fase de vapor'Método para la oxidación catalítica en fase de vapor, del 31 de Julio de 2019, de MITSUBISHI CHEMICAL CORPORATION: Método para la oxidación catalítica en fase de vapor para obtener un gas producto de reacción usando un reactor del tipo de intercambiador de calor multitubular […]

Utilizamos cookies para mejorar nuestros servicios y mostrarle publicidad relevante. Si continua navegando, consideramos que acepta su uso. Puede obtener más información aquí. .