ES2899122T3 - Sistema y proceso de vapor segregado en una instalación de producción de hidrógeno - Google Patents

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Abstract

Un proceso para producir vapor en un sistema de vapor segregado en una instalación de producción de hidrógeno, comprendiendo el proceso: (a) calentar agua de alimentación de caldera (86) por intercambio de calor indirecto con un reformado (25); (b) calentar el condensado de agua (97) formado a partir del reformado mediante intercambio de calor indirecto con una primera porción (86') del agua de alimentación de caldera calentada (86) del paso a); (c) pasar el condensado de agua del paso b) a un primer tambor de vapor (120) para producir vapor para una mezcla de gas de alimentación de reformador (15); y (d) pasar una segunda parte (86'') del agua de alimentación de caldera (86) del paso a) a un segundo tambor de vapor (121) para producir vapor para exportación (150).

Description

DESCRIPCIÓN
Sistema y proceso de vapor segregado en una instalación de producción de hidrógeno
Antecedentes
La presente descripción se refiere a la producción de vapor en una instalación de producción de hidrógeno, y más en concreto a la producción de vapor utilizando un sistema y proceso de vapor segregado.
En la mayoría, si no en todos, los sistemas y procesos de reformado catalítico de vapor-hidrocarburo, el reformado producido por el reformador se enfría para condensar el agua, y el condensado del proceso se retira del reformado antes de que el reformado agotado en agua se separe en una unidad de adsorción por oscilación de presión.
Normalmente, el condensado de proceso se trata en un decapante para eliminar las impurezas químicas y, a continuación, se combina con el agua de reposición, donde la corriente de agua combinada se envía a un sistema de vapor único para generar vapor para su uso en el proceso y para exportación.
El condensado de proceso, incluso después de su tratamiento en un decapante, puede contener compuestos orgánicos residuales que hacen que el vapor producido a partir del condensado de proceso no sea satisfactorio para el vapor de exportación en algunos casos.
Como resultado, se han desarrollado sistemas y procesos que utilizan sistemas y procesos de vapor segregado. En los sistemas y procesos de vapor segregado se utilizan dos tambores de vapor separados para segregar el agua de alimentación de caldera que contiene condensado de proceso del agua de alimentación de caldera formada únicamente por agua de reposición. La ventaja de utilizar un tambor de vapor separado para el condensado de proceso y un tambor de vapor separado para el agua de alimentación de caldera formada a partir de agua de reposición es evitar que los compuestos orgánicos entren en el vapor de exportación. El vapor formado a partir del condensado de proceso puede utilizarse para formar la mezcla de gas de alimentación reactiva al reformador catalítico de vapor-hidrocarburo, donde la presencia de los compuestos orgánicos puede tolerarse fácilmente.
Se han propuesto sistemas y procesos de vapor segregado que requieren un rediseño de la red de intercambio de calor de la instalación de producción de hidrógeno.
La Patente de Estados Unidos número 9.586.819 y EP 3 093 268 A1 describen sistemas y procesos con y sin sistemas y procesos de vapor segregado.
La Patente de Estados Unidos número 9.556.026 y EP 3 138 810 A1 describen sistemas y procesos con y sin sistemas y procesos de vapor segregado.
EP 3235785 A1 describe un proceso y una planta para producir un gas de síntesis mediante el reformado catalítico con vapor de un gas de alimentación que contiene hidrocarburos, donde el gas de síntesis y el gas de combustión se utilizan para la generación del vapor puro y una parte del vapor puro se utiliza como medio de transferencia de calor. La industria desea un sistema y un proceso de vapor segregado que pueda adaptarse fácilmente a las redes de intercambio de calor existentes en las instalaciones de producción de hidrógeno.
Además, la industria desea sistemas y procesos de vapor segregado que ofrezcan una alta eficiencia térmica.
Breve resumen
La presente invención se refiere a un proceso y un sistema para producir vapor en un sistema de vapor segregado en una instalación de producción de hidrógeno y se define en las reivindicaciones.
Además, el proceso según la reivindicación 7 puede comprender además:
pasar el agua de alimentación de caldera desde el segundo desaireador a una primera sección de intercambio de calor para calentar el agua de alimentación de caldera mediante un intercambio de calor indirecto con el reformado en el paso (a).
Breve descripción de las varias vistas de los dibujos
La figura es un diagrama de flujo del proceso para una instalación de producción de hidrógeno con un sistema de vapor segregado según la presente descripción.
Descripción detallada de las realizaciones preferidas
La descripción detallada siguiente proporciona únicamente realizaciones ejemplares preferidas, y no pretende limitar el alcance, la aplicabilidad o la configuración de la invención. Más bien, la siguiente descripción detallada de las realizaciones ejemplares preferidas proporcionará a los expertos en la materia una descripción que permita poner en práctica las realizaciones ejemplares preferidas de la invención, entendiéndose que pueden realizarse diversos cambios en la función y la disposición de los elementos sin apartarse del alcance de la invención tal como se define en las reivindicaciones.
Los artículos “un/uno/una”, en el sentido en que se utilizan en este documento, significan uno o más cuando se aplican a cualquier característica en las realizaciones de la presente invención descrita en la memoria descriptiva y las reivindicaciones. El uso de “un/uno/una” no limita el significado a una sola característica a menos que tal límite se indique específicamente. El artículo “el/la/los/las” que precede a sustantivos o expresiones sustantivas singulares o plurales denota una característica particular especificada o características particulares especificadas y puede tener una connotación singular o plural dependiendo del contexto en el que se utilice.
El adjetivo “cualquiera” significa uno, algunos o todos indistintamente de cualquier cantidad.
El término “y/o” colocado entre una primera entidad y una segunda entidad incluye cualquiera de los significados de (1) sólo la primera entidad, (2) sólo la segunda entidad, y (3) la primera entidad y la segunda entidad. El término “y/o” colocado entre las dos últimas entidades de una lista de 3 o más entidades significa al menos una de las entidades de la lista, incluyendo cualquier combinación específica de entidades de esta lista. Por ejemplo, “A, B y/o C” tiene el mismo significado que “A y/o B y/o C” y comprende las siguientes combinaciones de A, B y C: (1) sólo A, (2) sólo B, (3) sólo C, (4) A y B y no C, (5) A y C y no B, (6) B y C y no A, y (7) A y B y C.
La expresión “al menos una de” que precede a una lista de características o entidades significa una o más de las características o entidades de la lista de entidades, pero sin incluir necesariamente al menos una de todas y cada una de las entidades específicamente enumeradas en la lista de entidades y sin excluir ninguna combinación de entidades de la lista de entidades. Por ejemplo, “al menos una de A, B o C” (o, de forma equivalente, “al menos una de A, B y C” o, de forma equivalente, “al menos una de A, B y/o C”) tiene el mismo significado que “A y/o B y/o C” y comprende las siguientes combinaciones de A, B y C: (1) sólo A, (2) sólo B, (3) sólo C, (4) A y B y no C, (5) A y C y no B, (6) B y C y no A, y (7) A y B y C.
El término “pluralidad” significa “dos o más de dos”.
La expresión “al menos una porción” significa “una porción o todo”. La al menos una porción de una corriente puede tener la misma composición con la misma concentración de cada una de las especies que la corriente de la que se deriva. La al menos una porción de una corriente puede tener una concentración de especies diferente a la de la corriente de la que se deriva. La al menos una porción de una corriente puede incluir sólo especies específicas de la corriente de la que se deriva.
En el sentido en que se utiliza en este documento, una “porción dividida” de una corriente es una porción que tiene la misma composición química y las mismas concentraciones de especies que la corriente de la que se extrajo. En el sentido en que se utiliza en el presente documento, una “porción separada” de una corriente es una porción que tiene una composición química diferente y concentraciones de especies diferentes a las de la corriente de la que fue tomada.
La al menos una porción de un material puede tener la misma composición que el material del que se deriva. La al menos una porción de un material puede incluir todos o sólo componentes específicos del material del que se deriva. Un material puede ser sometido a uno o más pasos de procesamiento del material, por ejemplo, tratamiento químico y/o tratamiento físico, para formar la al menos una porción de dicho material.
En el sentido en que se utiliza en el presente documento, “primero”, “segundo”, “tercero”, etc., se emplean para distinguir entre una pluralidad de pasos y/o características, y no es indicativo del número total, o de la posición relativa en el tiempo y/o el espacio, a menos que se indique expresamente lo contrario.
Para ayudar a describir la invención, se pueden utilizar términos direccionales en la memoria descriptiva y en las reivindicaciones para describir partes de la presente invención (por ejemplo, superior, de arriba, inferior, de abajo, izquierda, derecha, etc.). Estos términos direccionales están destinados simplemente a ayudar a describir y reivindicar la invención y no pretenden limitar la invención de ninguna manera. Además, los números de referencia que se introducen en la memoria descriptiva en asociación con una figura del dibujo pueden repetirse en una o más figuras subsiguientes sin descripción adicional en la memoria descriptiva con el fin de proporcionar un contexto para otras características.
En las reivindicaciones, se pueden utilizar letras para identificar los pasos reivindicados (por ejemplo, (a), (b) y (c)). Estas letras se utilizan para ayudar a referirse a los pasos del método y no pretenden indicar el orden en que se realizan los pasos reivindicados, a menos que, y sólo en la medida en que dicho orden se indique específicamente en las reivindicaciones.
Los términos “agotado” o “pobre” significan que tiene una concentración % molar menor del componente indicado que la corriente original de la que se formó. “Agotado” no significa que la corriente carezca completamente del componente indicado.
Los términos “rico” o “enriquecido” significan que tiene una mayor concentración % molar del componente indicado que la corriente original a partir de la cual se formó.
En el sentido en que se utiliza en el presente documento, la “transferencia de calor indirecta” o el “intercambio de calor indirecto” es la transferencia de calor de una corriente a otra en la que las corrientes no se mezclan. La transferencia de calor indirecta incluye, por ejemplo, la transferencia de calor de un primer fluido a un segundo fluido en un intercambiador de calor donde los fluidos están separados por placas o tubos. El intercambio de calor indirecto incluye la transferencia de calor de un primer fluido a un segundo fluido en el que se utiliza un fluido de trabajo intermedio para transportar el calor del primer fluido al segundo fluido. El primer fluido puede evaporar un fluido de trabajo, por ejemplo, agua a vapor, en un evaporador, y el fluido de trabajo pasa a otro intercambiador de calor o condensador, donde el fluido de trabajo transfiere calor al segundo fluido. El intercambio de calor indirecto desde el primer fluido a un segundo fluido utilizando un fluido de trabajo puede ser realizado utilizando un tubo de calor, termosifón, caldera o similar.
En el sentido en que se utiliza en el presente documento, la “transferencia de calor directa” o el “intercambio de calor directo” es la transferencia de calor de una corriente a otra corriente en la que las corrientes se mezclan íntimamente. La transferencia de calor directa incluye, por ejemplo, la humidificación en la que el agua se rocía directamente en una corriente de aire caliente y el calor del aire evapora el agua.
En el sentido en que se utiliza en este documento, “en comunicación de flujo de fluido” significa conectado operativamente por uno o más conductos, colectores, válvulas y similares, para la transferencia de fluido. Un conducto es cualquier tubería, tubo, paso o similar, a través del cual se puede transportar un fluido. Un dispositivo intermedio, como una bomba, un compresor o un recipiente, puede estar presente entre un primer dispositivo en comunicación de flujo de fluido con un segundo dispositivo, a menos que se indique explícitamente lo contrario. Los términos hacia abajo y hacia arriba se refieren a la dirección prevista del flujo del fluido de proceso transferido. Si la dirección de flujo prevista del fluido de proceso es desde el primer dispositivo hacia el segundo dispositivo, el segundo dispositivo está en comunicación de flujo de fluido hacia abajo del primer dispositivo. En el caso de una corriente de reciclaje, hacia abajo y hacia arriba se refieren al primer paso del fluido de proceso.
A continuación se describen realizaciones ilustrativas de la invención. Aunque la invención es susceptible de diversas modificaciones y formas alternativas, realizaciones específicas de la misma se han mostrado a modo de ejemplo en los dibujos y se describen en detalle en el presente documento. Debe entenderse, sin embargo, que esta descripción de las realizaciones específicas no pretende limitar la invención a las formas particulares descritas, sino que, por el contrario, la invención debe cubrir todas las modificaciones, equivalentes y alternativas que caigan dentro del alcance de la invención definido en las reivindicaciones adjuntas.
La presente descripción se refiere a un sistema y proceso de vapor segregado en una instalación de producción de hidrógeno. El sistema y el proceso se describen con referencia a la figura, que es un diagrama de flujo del proceso de una instalación de producción de hidrógeno con el sistema de vapor segregado según la presente descripción. Se proporciona una descripción del sistema y proceso de producción de hidrógeno para proporcionar un contexto para el sistema y proceso de vapor segregado de la presente descripción.
El sistema de producción de hidrógeno incluye un reformador catalítico de vapor-hidrocarburo 10 en el que el proceso utiliza reformado catalítico de vapor-hidrocarburo. El reformado catalítico de vapor-hidrocarburo, también llamado reformado de metano con vapor (RMV), reformado catalítico con vapor o reformado con vapor, se define como cualquier proceso utilizado para convertir la materia prima del reformador en reformado por reacción con vapor sobre un catalizador. El reformado, también llamado gas de síntesis, o simplemente singas, tal como se utiliza en este documento, es cualquier mezcla que contenga hidrógeno y monóxido de carbono. El reformado también suele contener agua. La reacción de reformado es una reacción endotérmica y puede describirse generalmente como CnHm n H2O ^ n CO (m/2 n) H2. El hidrógeno se genera cuando se genera el reformado.
El proceso de producción de hidrógeno comprende introducir una mezcla de gas de alimentación de reformador 15 en una pluralidad de tubos de reformador que contienen catalizador 20 en un horno de reformador 10, hacer reaccionar la mezcla de gas de alimentación de reformador 15 en una reacción de reformado bajo condiciones de reacción efectivas para formar un reformado 25 que comprende H2 , CO, CH4 , y H2O, y retirar el reformado 25 de la pluralidad de tubos que contienen catalizador 20 del horno de reformador 10.
La mezcla de gas de alimentación de reformador 15 puede ser cualquier mezcla de gas de alimentación adecuada para introducir en un reformador catalítico de vapor-hidrocarburo para formar un reformado. La mezcla de gas de alimentación de reformador 15 comprende al menos un hidrocarburo y vapor. El al menos un hidrocarburo puede ser metano. La mezcla de gas de alimentación de reformador 15 se forma a partir de una alimentación de reformador 75 y vapor 151. La alimentación de reformador 75 puede calentarse en uno o más intercambiadores de calor 70 y 77 mediante un intercambio de calor indirecto con el reformado 25. La alimentación del reformador puede desulfurarse en una unidad de hidrodesulfuración 300 con hidrógeno 106 añadido para la hidrodesulfuración. El hidrógeno 106 puede obtenerse del gas producto 105 que contiene hidrógeno. La mezcla de gas de alimentación de reformador puede estar preformada; formada por la reacción de la alimentación de reformador 75 y el vapor 151 en un prerreformador (no mostrado). La alimentación de reformador 75 puede formarse a partir de una alimentación de hidrocarburos, que puede ser gas natural, metano, nafta, propano, gas combustible de refinería, gas de salida de refinería, otra alimentación de hidrocarburos adecuada conocida en la técnica, o combinaciones de los mismos. La reacción de reformado tiene lugar en la pluralidad de los tubos de reformador que contienen catalizador 20 en el horno de reformador 10. Un horno de reformador, también llamado reformador de vapor catalítico, reformador de metano a vapor, y reformador de hidrocarburos a vapor, se define en el presente documento como cualquier horno encendido utilizado para convertir materia prima que contiene hidrógeno elemental y carbono en reformado mediante una reacción con vapor sobre un catalizador con calor proporcionado por la combustión de un combustible. Los hornos de reformador con una pluralidad de tubos de reformador que contienen catalizador, es decir, reformadores tubulares, son bien conocidos en la técnica. Puede utilizarse cualquier número adecuado de tubos de reformador que contengan catalizador. Se conocen materiales y métodos de construcción adecuados. El catalizador en los tubos de reformador que contienen catalizador puede ser cualquier catalizador adecuado conocido en la técnica, por ejemplo, un catalizador soportado que comprenda níquel.
Las condiciones de reacción efectivas para formar el reformado 25 en la pluralidad de tubos de reformador que contienen catalizador 20 pueden comprender una temperatura que va de 500°C a 1000°C y una presión que va de 203 kPa a 5.066 kPa (absoluta). La temperatura de las condiciones de reacción puede medirse mediante cualquier sensor de temperatura adecuado, por ejemplo, un termopar de tipo J. La presión de las condiciones de reacción puede ser medida por cualquier sensor de presión adecuado conocido en la técnica, por ejemplo, un manómetro que se puede obtener de Mensor.
El reformado 25 puede intercambiar calor con varias corrientes y puede pasar a un reactor de cambio 60 que contiene el catalizador de cambio 61. El reformado 25 extraído de la pluralidad de tubos de reformador que contienen catalizador 20 puede pasar al intercambiador de calor 40 (la llamada caldera de calor residual) donde el reformado 25 calienta una parte de la corriente de agua de alimentación de caldera 127 formando así una corriente de agua y vapor de dos fases que se reintroduce en el tambor de vapor 121.
El reformado 25 puede pasar del intercambiador de calor 40 al reactor de cambio 60. El proceso de producción de hidrógeno puede comprender la reacción del reformado 25 del intercambiador de calor 40 en presencia de un catalizador de cambio 61 en condiciones de reacción eficaces para formar hidrógeno adicional en el reformado 25. Puede obtenerse gas hidrógeno adicional mediante la reacción catalítica de monóxido de carbono y vapor. Esta reacción es exotérmica y se denomina comúnmente reacción de cambio de agua-gas o reacción de cambio: CO+H2O ^CO 2 +H2. La reacción se produce al pasar el monóxido de carbono y el agua por un lecho de un catalizador adecuado. Las condiciones de reacción efectivas para formar hidrógeno adicional en el reformado 25 pueden comprender una segunda temperatura que oscila entre 190°C y 500°C y una segunda presión que oscila entre 203 kPa y 5.066 kPa (absoluto).
Puede utilizarse cualquier catalizador de cambio adecuado. El reactor de cambio puede ser uno de los llamados de cambio de alta temperatura (HTS), de cambio de baja temperatura (LTS), de cambio de temperatura media (MTS), o una combinación. Pueden utilizarse uno o más reactores de cambio.
Después de pasar por el reactor de cambio 60, el reformado 25 puede pasarse al intercambiador de calor 70 donde se calienta la materia prima de hidrocarburos 75 y se enfría el reformado 25.
El reformado 25 puede seguir enfriándose mediante el intercambio de calor con otras corrientes hasta que el agua se condensa del reformado. El agua en el reformado se separa de un reformado agotado en agua 95 en el separador 90.
El sistema puede comprender una unidad de adsorción por oscilación de presión 200 construida operativamente para recibir el reformado agotado en agua 95 del separador 90. El reformado agotado en agua 95 se pasa a una unidad de adsorción por oscilación de presión 200. El reformado agotado en agua 95 se separa en la unidad de adsorción por oscilación de presión 200 para formar un producto de hidrógeno 105 y un subproducto o gas de cola El combustible 5 puede comprender el gas subproducto 115 del adsorbedor de oscilación de presión 200 y un combustible suplementario 118. El gas subproducto de un adsorbedor de oscilación de presión se llama a menudo gas de cola del adsorbedor de oscilación de presión, y el combustible suplementario se llama a menudo combustible de ajuste. El gas subproducto 115 y el combustible suplementario 118 pueden ser calentados antes de ser utilizados como combustible 5. El gas de subproducto 115 y el combustible suplementario 118 pueden ser mezclados e introducidos juntos a través de un quemador a la sección de combustión, o pueden ser introducidos por separado a través de diferentes orificios en el quemador. Alternativamente, el gas subproducto puede ser introducido a través del quemador primario y el combustible suplementario puede ser introducido a través de lanzas cerca del quemador. El combustible 5 puede ser quemado con un gas oxidante 3 en una sección de combustión 30 del horno de reformador 10 externa a la pluralidad de tubos de reformador 20 que contienen catalizador bajo condiciones efectivas para quemar el combustible 5 para formar un gas de producto de combustión 35 que comprende CO2 y H2O. Puede utilizarse cualquier quemador adecuado para introducir el combustible 5 y el gas oxidante 3 en la sección de combustión 30. La combustión del combustible 5 con el gas oxidante 3 genera calor para suministrar energía para hacer reaccionar la mezcla de gas de alimentación de reformador 15 dentro de la pluralidad de tubos de reformador que contienen catalizador 20. El gas producto de combustión 35 se retira de la sección de combustión 30 del horno de reformador 10 y pasa a la sección de convección 45 del horno de reformador para suministrar calor a otras corrientes de proceso. La sección de combustión (también llamada sección radiante, de radiación o radiativa) del horno de reformador es la parte del horno de reformador que contiene la pluralidad de tubos de reformador que contienen catalizador. La sección de convección del horno de reformador es la parte del horno de reformador que contiene intercambiadores de calor distintos de la pluralidad de tubos de reformador que contienen catalizador. Los intercambiadores de calor de la sección de convección pueden servir para calentar fluidos de proceso distintos del reformado, como el agua/vapor, el aire, el gas de subproducto de la unidad de adsorción por oscilación de presión, el gas de alimentación de reformador antes de introducirlo en los tubos de reformador que contienen catalizador, etc. El gas oxidante 3 es un gas que contiene oxígeno y puede ser aire, aire enriquecido con oxígeno, aire agotado en oxígeno, como los gases de escape de una turbina de gas, oxígeno de grado industrial, o cualquier otro gas que contenga oxígeno conocido para su uso en un horno de reformador para la combustión. Por ejemplo, como se muestra en la figura, el aire 130 puede ser comprimido en el ventilador de tiro forzado 135, calentado por el gas de producto de combustión 35 en la sección de convección 45, y pasarse al horno de reformador como gas oxidante 3. El gas de producto de combustión 35 puede calentar varias corrientes de proceso diferentes en la sección de convección 45 del horno de reformador 10. El gas producto de combustión 35 puede calentar las corrientes en varias configuraciones diferentes (orden de calentamiento).
La sección de intercambio de calor 81 puede construirse de forma operativa para enfriar el reformado 25 del reactor de cambio 60 y condensar al menos una parte del agua del reformado para formar agua condensada y un gas de reformado agotado en agua 95. La sección de intercambio de calor 81 suele denominarse enfriador de recortes y puede estar refrigerada por aire o por agua. El separador 90 tiene una entrada construida operativamente para recibir el reformado 25 de la sección de intercambio de calor 81 (es decir, el separador está en comunicación de flujo de fluido hacia abajo de la sección de intercambio de calor 81). El separador 90 tiene una primera salida configurada para descargar el condensado de agua 97 formado a partir del agua condensada, y una segunda salida configurada para descargar el gas de reformado agotado en agua 95.
En el proceso de producción de vapor, el reformado 25 puede ser enfriado en una cantidad efectiva para condensar al menos una porción del agua en el reformado 25 para formar agua condensada y un gas de reformado agotado en agua 95. El agua condensada se separa del gas de reformado agotado en agua 95 en el separador 90, formando así condensado de agua 97 a partir de al menos una parte del agua condensada.
El sistema de producción de vapor segregado según la presente descripción comprende la sección de intercambiador de calor 78 construida operativamente para proporcionar un intercambio de calor indirecto entre el reformado 25 del reactor de cambio 60 y el agua de alimentación de caldera 86 para calentar el agua de alimentación de caldera 86 y enfriar el reformado 25. El agua de alimentación de caldera 86 puede pasarse desde el desaireador 110 a través de una bomba como se muestra en la figura.
El reformado 25 se pasa a la sección de intercambio de calor 78 después de que el reformado haya pasado por el intercambiador de calor 70. El agua de alimentación de caldera 86 se calienta y el reformado 25 se enfría en la sección de intercambio de calor 78. El proceso para producir vapor en un sistema de vapor segregado en una instalación de producción de hidrógeno comprende el calentamiento del agua de alimentación de caldera 86 mediante el intercambio de calor indirecto con el reformado 25 (por ejemplo, en la sección de intercambio de calor 78).
El sistema de producción de vapor segregado comprende una sección de intercambio de calor 98 construida de forma operativa para proporcionar un intercambio de calor indirecto entre el condensado de agua formado a partir del reformado 25 y una primera porción 86' del agua de alimentación de caldera 86 procedente de la sección de intercambio de calor 78. La primera porción 86' puede ser una porción dividida del agua de alimentación de caldera 86.
En el proceso de producción de vapor, el condensado de agua 97 del reformado 25 se calienta por intercambio de calor indirecto con la primera porción 86' del agua de alimentación de caldera calentada 86.
El agua de alimentación de caldera 86 contiene concentraciones muy bajas (por ejemplo, menos de 5 ppm en peso) de compuestos orgánicos en comparación con el condensado de agua 97 derivado de la condensación de al menos una parte del agua presente en el reformado 25. El tratamiento del agua bruta para hacer agua de alimentación de caldera es bien conocido y se describe, por ejemplo, en Marks' Mechanical Engineers' Handbook, 6a edición, Theodore Baumeister (ed.), McGraw-Hill Book Co., l958, págs. 9-46 a 9-51.
Un desaireador 111 puede ser construido operativamente para recibir el condensado de agua 97 de la sección de intercambio de calor 98. El desaireador 111 está en comunicación de flujo de fluido hacia abajo de la sección de intercambio de calor 98.
En el proceso de producción de vapor, el condensado de agua 97 puede pasarse al desaireador 111 antes de pasar el condensado de agua 97 al tambor de vapor 120.
En el sentido en que se utiliza en el presente documento, un “desaireador” es cualquier dispositivo que elimina los gases disueltos del agua con la ayuda del vapor. El vapor puede ser introducido o formado in-situ. La fabricación y el funcionamiento de los desaireadores son bien conocidos.
Se puede introducir vapor a baja presión 12 para ayudar a desgasificar las corrientes de agua introducidas en el desaireador 111. La corriente de ventilación 18 se retira.
Desde el desaireador 111, el condensado de agua 97 puede pasar a la sección de intercambio de calor 99 para ser calentado por la primera porción 86' del agua de alimentación de caldera calentada 86. La sección de intercambio de calor 99 puede estar construida operativamente para recibir el condensado de agua 97 del desaireador 111. La sección de intercambio de calor 99 puede estar en comunicación de flujo de fluido hacia abajo del desaireador 111. El sistema de producción de vapor segregado comprende el tambor de vapor 120, que está construido operativamente para recibir el condensado de agua 97 de la sección de intercambio de calor 98 (por ejemplo, a través del desaireador 111 y a través de la sección de intercambio de calor 99). El tambor de vapor 120 está en comunicación de flujo de fluido hacia abajo de la sección de intercambio de calor 98 con respecto al flujo de condensado de agua 97.
En el proceso de producción de vapor, el condensado de agua 97 que se calentó mediante el intercambio de calor indirecto con la primera porción 86' del agua de alimentación de caldera calentada 86 se pasa al tambor de vapor 120 para producir vapor para la mezcla de gas de alimentación de reformador 15.
El tambor de vapor 120 recibe el condensado de agua 97 del desaireador 111. El vapor producido en el tambor de vapor 120 se utiliza como alimentación del reformador y no se utiliza como vapor de exportación. Cualquier contaminante, como metanol, amoníaco y ácido fórmico, no tiene ningún efecto perjudicial grave cuando se utiliza en la alimentación del reformador.
El tambor de vapor 120 generalmente recibe una porción 86” ' del agua de alimentación de caldera calentada 86 junto con el condensado de agua 97, ya que el condensado de agua por sí solo no es suficiente para el vapor reactivo requerido en la mezcla de gas de alimentación de reformador 15. El primer tambor de vapor 120 puede estar construido operativamente para recibir una tercera porción 86' del agua de alimentación de caldera 86 desde la primera sección de intercambio de calor 78. La tercera porción 86' del agua de alimentación de caldera 86 calentada puede pasar al tambor de vapor 120. La tercera porción 86' puede ser una porción dividida del agua de alimentación de caldera 86.
El calor para elevar el vapor del tambor de vapor 120 puede proporcionarse pasando el agua de alimentación de caldera desde el tambor de vapor 120 a una sección de intercambio de calor 46 en la sección de convección 45 del horno de reformador para intercambiar calor con los gases producto de combustión 35.
El sistema de producción de vapor segregado comprende un tambor de vapor 121 construido operativamente para recibir una segunda porción 86'' del agua de alimentación de caldera 86 desde la sección de intercambio de calor 78. El tambor de vapor 121 está en comunicación de flujo de fluido hacia abajo de la sección de intercambio de calor 78 con respecto al flujo de la segunda porción 86” del agua de alimentación de caldera 86. La segunda porción 86” puede ser una porción dividida del agua de alimentación de caldera 86.
En el proceso de producción de vapor, una segunda porción 86'' del agua de alimentación de caldera 86 que fue calentada por intercambio de calor indirecto con el reformado 25 se pasa al tambor de vapor 121 para producir vapor para exportación 150.
El tambor de vapor 121 recibe poco y preferiblemente nada del condensado de agua 97. De este modo, el vapor de exportación no contendrá ninguno de los contaminantes presentes en el condensado de agua 97.
El calor para elevar el vapor del tambor de vapor 121 puede proporcionarse pasando el agua de alimentación de caldera desde el tambor de vapor 121 a una sección de intercambio de calor 47 en la sección de convección 45 del horno de reformador para intercambiar calor con los gases producto de combustión 35. El vapor 125 extraído del tambor de vapor 121 puede sobrecalentarse mediante un intercambio de calor indirecto con el gas producto de combustión 35 en la sección de convección 45 del horno de reformador 10.
La sección de intercambio de calor 47 para elevar el vapor para el tambor de vapor 121 puede estar hacia arriba de la sección de intercambio de calor 46 para elevar el vapor para el tambor de vapor 120 (como se muestra en la figura). Alternativamente, las posiciones de las dos secciones de intercambio de calor pueden conmutarse.
El sistema de producción de vapor segregado también puede incluir un desaireador 110. El desaireador 110 puede ser opcionalmente construido para recibir agua de reposición 85. El agua de reposición 85 puede calentarse en la sección de intercambio de calor 80 mediante un intercambio de calor indirecto con el reformado 25 antes de pasarse al desaireador 110. El agua de reposición es un agua especialmente tratada para su uso en el sistema de agua de alimentación de caldera.
El desaireador 110 también puede estar construido operativamente para recibir la primera porción 86' del agua de alimentación de caldera 86. El desaireador 110 puede estar en comunicación de flujo de fluido hacia abajo de la sección de intercambio de calor 98. Como se muestra en la figura, después de calentar el condensado de agua 97 en la sección de intercambio de calor 98, la primera porción 86' del agua de alimentación de caldera 86 puede ser calentada por intercambio de calor indirecto con el reformado 25 en la sección de intercambio de calor 76 y luego pasar al desaireador 110 como parte de la corriente 101.
Una cuarta porción 86”” del agua de alimentación de caldera 86 puede utilizarse para calentar el gas subproducto 115 en la sección de intercambio de calor 59. La cuarta porción 86” ” del agua de alimentación de caldera 86 puede ser calentada junto con la primera porción 86' en la sección de intercambio de calor 76 antes de pasar la cuarta porción 86”” del agua de alimentación de caldera 86 al desaireador 110 como parte de la corriente 101. La cuarta porción 86'''' puede ser una porción dividida del agua de alimentación de caldera 86.
Puede introducirse vapor de baja presión 11 en el desaireador 110 para ayudar a desgasificar las corrientes de agua introducidas en el desaireador 110. La corriente de ventilación 17 se extrae del desaireador 110.
Ejemplo
El sistema y proceso de vapor segregado de la presente descripción ha sido comparado con un ciclo de producto estándar descrito en la figura 3 de la Patente de Estados Unidos número 9.586.819. Ambos ciclos tienen el mismo diseño de intercambio de calor de reformado 25 (es decir, secciones de intercambio de calor 40, 70, 78, 77, 76, 80 y 81). Las eficiencias térmicas del sistema y del proceso de la presente descripción y de la figura 3 de la Patente de Estados Unidos número 9.586.819 son sustancialmente idénticas. El aumento del coste del equipo desde el ciclo base mostrado en la figura 3 de la Patente de Estados Unidos número 9.586.819 al ciclo mostrado en la figura de la presente descripción es de aproximadamente 1%. A modo de comparación, el aumento del coste del equipo desde el ciclo base mostrado en la figura 3 de la Patente de Estados Unidos número 9.586.819 al ciclo de vapor segregado mostrado en la figura 2 de la Patente de Estados Unidos número 9.586.819 es de aproximadamente 4%.
La Patente de Estados Unidos número 9.556.026 reconoció que la eficiencia térmica del sistema y proceso de vapor segregado era ligeramente menor que los procesos comparables que no son adecuados para la operación en clima frío.

Claims (15)

REIVINDICACIONES
1. Un proceso para producir vapor en un sistema de vapor segregado en una instalación de producción de hidrógeno, comprendiendo el proceso:
(a) calentar agua de alimentación de caldera (86) por intercambio de calor indirecto con un reformado (25);
(b) calentar el condensado de agua (97) formado a partir del reformado mediante intercambio de calor indirecto con una primera porción (86') del agua de alimentación de caldera calentada (86) del paso a);
(c) pasar el condensado de agua del paso b) a un primer tambor de vapor (120) para producir vapor para una mezcla de gas de alimentación de reformador (15); y
(d) pasar una segunda parte (86” ) del agua de alimentación de caldera (86) del paso a) a un segundo tambor de vapor (121) para producir vapor para exportación (150).
2. El proceso según la reivindicación 1 que comprende además:
(e) enfriar el reformado (25) del paso (a) en una cantidad eficaz para condensar al menos una parte del agua del reformado para formar agua condensada y un gas de reformado agotado en agua (95);
(f) separar el agua condensada del gas de reformado agotado en agua (95) en un separador (90), formando así el condensado de agua (97) a partir de al menos una parte del agua condensada del paso e).
3. El proceso según la reivindicación 2 que comprende además:
pasar el gas de reformado agotado en agua (95) a una unidad de adsorción por oscilación de presión (200); y separar el gas de reformado agotado en agua (95) en la unidad de adsorción por oscilación de presión (200) para formar un gas producto de hidrógeno (105) y un gas subproducto (115).
4. El proceso según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3 que comprende además
pasar el condensado de agua (97) a un primer desaireador (111) antes de pasar el condensado de agua al primer tambor de vapor (120).
5. El proceso según la reivindicación 4, en el que el condensado de agua (97) es calentado por la primera porción (86') del agua de alimentación de caldera calentada (86) del paso (a), se pasa posteriormente al desaireador (111), y es calentado de nuevo posteriormente por la primera porción (86') del agua de alimentación de caldera calentada (86).
6. El proceso según la reivindicación 5, en el que la primera porción (86') del agua de alimentación de caldera calienta el condensado de agua (97) pasado desde el desaireador (111) antes de que la primera porción (86') caliente el condensado de agua pasado al desaireador (111).
7. El proceso según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6 que comprende además:
pasar la primera porción (86') del agua de alimentación de caldera (86) a un segundo desaireador (110).
8. El proceso según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7 que comprende además:
pasar una tercera porción (86''') del agua de alimentación de caldera (86) del paso (a) al primer tambor de vapor (120).
9. Un sistema de producción de vapor segregado en una instalación de producción de hidrógeno, comprendiendo el sistema de producción de vapor:
una primera sección de intercambio de calor (78) para proporcionar intercambio de calor indirecto entre un reformado (25) y el agua de alimentación de caldera (86) para calentar el agua de alimentación de caldera (86); una segunda sección de intercambio de calor (98) para proporcionar intercambio de calor indirecto entre el condensado de agua (97) formado a partir del reformado (25) y una primera porción (86') del agua de alimentación de caldera (86) procedente de la primera sección de intercambio de calor (78);
un primer tambor de vapor (120) dispuesto para recibir el condensado de agua (97) de la segunda sección de intercambio de calor (98); y
un segundo tambor de vapor (121) dispuesto para recibir una segunda porción (86'') del agua de alimentación de caldera (86) procedente de la primera sección de intercambio de calor (78).
10. El sistema según la reivindicación 9 que comprende además:
una tercera sección de intercambio de calor (81) para enfriar el reformado (25) procedente de la primera sección de intercambio de calor (78) y condensar al menos una parte del agua del reformado para formar agua condensada y un gas de reformado agotado en agua (95); y
un separador (90) que tiene una entrada dispuesta para recibir el reformado de la tercera sección de intercambio de calor (81), una primera salida configurada para descargar el agua condensada (97) formada a partir del agua condensada, y una segunda salida configurada para descargar el gas reformado agotado en agua (95).
11. El sistema según la reivindicación 10 que comprende además:
una unidad de adsorción por oscilación de presión (200) dispuesta para recibir el reformado agotado en agua (95) de la segunda salida del separador (90).
12. El sistema según cualquiera de las reivindicaciones 9 a 11 que comprende además:
un primer desaireador (111) dispuesto para recibir el condensado de agua (97) de la segunda sección de intercambio de calor (98), y en el que el primer tambor de vapor (120) está dispuesto para recibir el condensado de agua (97) del primer desaireador (111).
13. El sistema según la reivindicación 12 que comprende además:
una cuarta sección de intercambio de calor (99) dispuesta para recibir el condensado de agua (97) del primer desaireador (111), y donde el primer tambor de vapor (120) está dispuesto para recibir el condensado de agua (97) de la cuarta sección de intercambio de calor (99).
14. El sistema según cualquiera de las reivindicaciones 9 a 13 que comprende además:
un segundo desaireador (110) dispuesto para recibir la primera porción (86') del agua de alimentación de caldera (86).
15. El sistema según cualquiera de las reivindicaciones 9 a 14, en el que el primer tambor de vapor (120) está dispuesto para recibir una tercera porción (86''') del agua de alimentación de caldera (86) de la primera sección de intercambio de calor (78).
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