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ES2310303T3 - Proceso para refrigerar una zona de reaccion exotermica y unidad de reactor. - Google Patents

Proceso para refrigerar una zona de reaccion exotermica y unidad de reactor. Download PDF

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ES2310303T3
ES2310303T3 ES05002485T ES05002485T ES2310303T3 ES 2310303 T3 ES2310303 T3 ES 2310303T3 ES 05002485 T ES05002485 T ES 05002485T ES 05002485 T ES05002485 T ES 05002485T ES 2310303 T3 ES2310303 T3 ES 2310303T3
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stream
reaction zone
reaction
water
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ES05002485T
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Thomas Rostrup-Nielsen
John Bogild Hansen
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Topsoe AS
Original Assignee
Haldor Topsoe AS
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Abstract

Proceso para refrigerar una zona de reacción exotérmica introduciendo una corriente de proceso en una zona de reacción exotérmica catalítica (5) de un lecho fijo catalítico con catalizador sólido para reacciones exotérmicas catalíticas en intercambio de calor indirecto con agua, extrayendo el producto de reacción refrigerado de la reacción exotérmica de la zona de reacción (5), caracterizado porque una corriente de agua y una corriente que contiene hidrocarburo se introducen en una pluralidad de tubos de humidificación (4) que se extienden a través de la zona de reacción exotérmica catalítica (5) del lecho fijo catalítico con catalizador sólido en el que tiene lugar una o más reacciones exotérmicas catalíticas, hacer pasar la corriente de agua en una película descendente a lo largo de la circunferencia interna de los tubos de humidificación (4), humidificar la corriente que contiene hidrocarburo con agua en los tubos de humidificación (4), en intercambio de calor indirecto con la zona de reacción exotérmica (5), extraer la corriente que contiene hidrocarburo humidificado, calentada de los tubos de humidificación (4) y transferir la corriente de proceso que contiene hidrocarburo humidificado calentada para procesado adicional.

Description

Proceso para refrigerar una zona de reacción exotérmica y unidad de reactor.
La presente invención se refiere a un proceso y a una unidad de reactor para refrigerar una zona reacción exotérmica. En particular, el proceso es útil para refrigerar una zona reacción exotérmica con reacciones tales como la reacción de desplazamiento de gas y/o la reacción de oxidación de monóxido de carbono preferente.
Las reacciones de desplazamiento de agua con gas, vapor y reformado autotérmico se dan en las ecuaciones 1-3:
100
Las reacciones de desplazamiento de gas con agua (abreviado como reacción de desplazamiento) mostradas en la reacción (1) es una reacción de equilibrio exotérmico y menores temperaturas aumentan la conversión a hidrógeno con tal de que el gas esté en contacto con un catalizador de desplazamiento que sea suficientemente activo. La reacción de reformado de vapor (2) es una reacción de equilibrio endotérmico y, por lo tanto, requiere calor para aumentar la conversión de hidrocarburo (aquí ejemplificado con metano) a hidrógeno. El control de las temperaturas de reacción por lo tanto, es un factor importante para obtener una conversión máxima del hidrocarburo y el monóxido de carbono a hidrógeno. En el reformado autotérmico, la combustión de hidrocarburo suministrado se realiza con cantidades subestequiométricas de oxígeno mediante reacciones de llama en una zona de combustión del quemador como se da en la reacción exotérmica (3).
Otras reacciones pertinentes son la reacción de oxidación preferente exotérmica (Prox) de monóxido de carbono con oxígeno y la reacción de oxidación competitiva de hidrógeno con agua:
101
La reacción (5) consume a menudo un producto de hidrógeno deseable, mientras que compite con la reacción (4) por el oxígeno disponible y es por lo tanto, una reacción indeseable.
La Solicitud de Patente de Estados Unidos Nº 6.375.924 describe un proceso de desplazamiento, en el que el control de temperatura se obtiene parcialmente mediante refrigeración por pulverización de los gases que reaccionan con agua. Los gases efluentes de un reformador se refrigeran por pulverización en una primera zona de refrigeración por pulverización para proporcionar una mezcla de agua efluente antes de entrar en la zona de desplazamiento de alta temperatura del reactor. El efluente de desplazamiento de alta temperatura se hace pasar a una segunda zona de refrigeración por pulverización con agua antes de entrar en una zona de desplazamiento de baja temperatura en el reactor para producir una corriente de producto hidrógeno saturado con agua.
La Solicitud de Patente EP Nº 0985.635 describe un aparato de generación de hidrógeno que comprende un reformador y un reactor de desplazamiento. El agua se vaporiza en un primer vaporizador y el hidrocarburo suministrado al reformador se suministra al primer vaporizador, donde el suministro se mezcla con vapor. Esta mezcla se hace pasar al reformador. El gas reformado se suministra a un segundo vaporizador, donde se mezcla con agua que se ha vaporizado a vapor. Esta mezcla se suministra al reactor de desplazamiento. Controlar la cantidad de agua vaporizada conduce a controlar las temperaturas de catalizador.
La Solicitud de Patente de Estados Unidos Nº 20030223925, equivalente a la Solicitud de Patente EP Nº 1364910, describe un proceso de desplazamiento isotérmico en el que el monóxido de carbono que contiene gas de suministro se introduce a un reactor de desplazamiento, donde la reacción de desplazamiento se realiza en condiciones sustancialmente isotérmicas por refrigeración de los tubos del reactor con un agente de refrigeración líquido seguido de hacer pasar el hidrógeno formado a través de una membrana selectiva de hidrógeno a una zona de permeado. La reacción de desplazamiento puede refrigerarse mediante agua en ebullición, en un reactor de película descendente, sirviendo la película descendente para humidificar el gas de suministro seco antes de que tenga lugar la reacción de desplazamiento.
El documento WO 02/085791 A1 describe un reformador de vapor compacto para producir hidrógeno a partir de un hidrocarburo y agua en forma de vapor. El agua se evapora en un refrigerador de vapor a través de un conducto helicoidal de tipo hueco usando el calor de los productos de reacción, refrigerando de esta manera los productos de reacción por contracorriente indirecta con el intercambio de calor. Con esto, se obtiene una adaptación rápida de la producción de agua a cambios de carga.
\newpage
La Patente de Estados Unidos Nº 2850360 describe un aparato para refrigerar una reacción exotérmica por intercambio de calor indirecto. El aparato comprende un haz de tubos y un cambiador de calor de tipo carcasa. Se hace reaccionar olefina gaseosa con ácido sulfúrico en una reacción exotérmica en los tubos. El producto resultante se mezcla con agua y el producto parcialmente hidrolizado se transfiere a la carcasa lateral del reactor con intercambio de calor indirecto con los reactantes.
Un objeto de esta invención es proporcionar un proceso mejorado para refrigerar una reacción exotérmica tal como que la reacción de desplazamiento y/o la reacción de oxidación preferente de monóxido de carbono.
También es un objetivo de la invención proporcionar un proceso y una unidad de reactor útil como sistema de procesado de combustible para celdas de combustible.
Sumario de la invención
De acuerdo con lo anterior, la invención se refiere a un proceso para refrigerar una reacción exotérmica introduciendo una corriente de proceso en una zona de reacción exotérmica catalítica (5) de un lecho fijo catalítico con un catalizador sólido para reacciones exotérmicas catalíticas con intercambio de calor indirecto con agua, extrayendo el producto de reacción refrigerado de la reacción exotérmica de la zona de reacción (5), caracterizado porque
una corriente de agua y una corriente que contiene hidrocarburo se introducen en una pluralidad de tubos de humidificación (4) que se extienden a través de la zona de reacción exotérmica catalítica (5) del lecho fijo catalítico con catalizador sólido en el que tiene lugar una o más reacciones exotérmicas catalíticas,
hacer pasar la corriente de agua en una película descendente a lo largo de la circunferencia interna de los tubos de humidificación (4),
humidificar la corriente que contiene hidrocarburo con agua en los tubos de humidificación (4) en intercambio de calor indirecto con la zona de reacción exotérmica (5),
extraer la corriente que contiene hidrocarburo humidificado calentada de los tubos de humidificación (4) y
transferir la corriente de proceso que contiene hidrocarburo humidificado calentada para procesado adicional.
La invención se refiere también a una unidad de reactor para realizar el proceso de refrigeración de la reivindicación 1 que comprende, dentro de la carcasa de un reactor (1), una zona de reacción exotérmica catalítica (5) que tiene un lecho fijo catalítico con catalizador sólido y una entrada (6) para una corriente de proceso y una salida (7) para el producto de reacción de la corriente del proceso, caracterizado porque el reactor (1) tiene una entrada (2) para una corriente que contiene hidrocarburo, una entrada (3) para una corriente de agua, situada cada entrada aguas arriba de la zona de reacción exotérmica catalítica (5), y una pluralidad de tubos de humidificación (4) para humidificar la corriente que contiene hidrocarburo, extendiéndose los tubos de humidificación (4) a través de la zona de reacción exotérmica (5), estando abiertos los tubos de humidificación (4) por cualquier extremo y adaptados para crear una película descendente de agua a lo largo de su circunferencia interna para intercambiar calor por contacto térmico indirecto con la zona de reacción (5), teniendo el reactor (1) una salida (11) aguas abajo de la zona de reacción (5).
En el proceso de la invención, una corriente que contiene hidrocarburo y una corriente de agua entran en el reactor con una zona de reacción catalítica y las dos corrientes pasan hacia abajo a través de numerosos tubos donde la corriente que contiene hidrocarburo se humidifica con agua. Estos tubos se extienden a través de la zona de reacción catalítica que tiene una reacción exotérmica que proporciona calor para el proceso de humidificación mediante intercambio de calor. El producto de reacción refrigerado de la reacción exotérmica se extrae de la zona de reacción para procesado adicional o recogida y la corriente de proceso que contiene hidrocarburo humidificado calentado se transfiere también para procesado adicional.
Breve descripción de los dibujos
La Figura 1 es un diagrama esquemático que ilustra la unidad de reactor con la zona de reacción exotérmica.
La Figura 2 es un diagrama de flujo que ilustra la unidad de reactor con la zona de reacción exotérmica en serie con un reactor que tiene una zona de reacción endotérmica.
La Figura 3 es un diagrama esquemático que ilustra la unidad del reactor con una zona de reacción exotérmica integrado con un reactor que tiene una zona de reacción endotérmica.
Descripción detallada de la invención
Algunas plantas de proceso que tienen tanto un reformador de vapor como un reactor de desplazamiento pueden exportar vapor como subproducto. A menudo existen requisitos sobre la calidad del vapor exportado. El vapor se genera por evaporación del condensado de proceso, que es vapor de proceso no reaccionado que no se usa en las reacciones (1) y (2) junto con agua de constitución. Debido a la aparición normal de subproductos en el condensado de proceso, a veces es necesario invertir en un separador de condensado de proceso para separar los subproductos del vapor junto con un suministro/efluente del cambiador de calor y una bomba.
El vapor típicamente se genera mediante un sistema de precalentadores de agua, calderas de calor residual y tambor de vapor. El agua de constitución y el condensado de proceso se precalientan antes de enviarlos al tambor de vapor. El agua del tambor de vapor pasa a través de calderas de calor residual y vuelve al tambor de vapor parcialmente vaporizada. El vapor se separa del agua y sale del tambor de vapor.
El proceso y el aparato de la invención combinan muchas de las operaciones unitarias de la planta descrita anteriormente, reduciendo los costes de inversión y mejorando la economía del proceso.
El proceso de la invención se ilustrará en detalle con referencia la Figura 1. Una corriente que contiene hidrocarburo y una corriente de agua que entra en el reactor 1 a través de sus entradas respectivas 2 y 3. La corriente que contiene hidrocarburo contiene por ejemplo gas natural (fundamentalmente metano) o hidrocarburos superiores. Los hidrocarburos superiores se definen como hidrocarburos mayores que metano, es decir C_{2+}. La corriente puede sulfurarse sometiéndola a una etapa de hidrodesulfuración antes de que entre en el reactor 1.
Las dos corrientes que entran en un número de tubos de humidificación 4 se extienden a través de una zona de reacción exotérmica. La corriente de agua se hace pasar en una película de segmento a lo largo de la circunferencia interna de los tubos de humidificación 4. Según la mezcla pasa hacia abajo de los tubos de humidificación 4, el agua se evapora y el vapor formado de esta manera humidifica la corriente que contiene hidrocarburo. El calor para esta evaporación se proporciona mediante la reacción exotérmica que ocurre en la zona de reacción 5 fuera de los tubos 4 y la zona de reacción exotérmica se refrigera simultáneamente. Si fuera necesario, la corriente que contiene hidrocarburo puede saturarse completamente con vapor.
La zona de reacción 5 puede ser un lecho fijo catalítico con catalizador sólido. El catalizador sólido comprende gránulos catalíticos, soporte físico catalizado en forma de elementos estructurados con una capa catalítica, por ejemplo catalizador de desplazamiento y/o una capa catalítica recubierta directamente sobre el exterior de los tubos. Los elementos estructurados cubren los sistemas de catalizador donde una capa de catalizador se fija sobre una superficie de otro material, sirviendo el otro material como estructura de soporte que da resistencia al sistema. El otro material puede ser metálico o cerámico. Los ejemplos son estructuras monolíticas, onduladas cruzadas, elementos estructurados de área superficial, espumas, placas, estructuras unidas a la pared del tubo u otras formas adecuadas.
Un catalizador para catalizar una reacción química en la que el calor se libera se usa en la zona de reacción 5. Esta reacción química, por ejemplo, podría ser la reacción de desplazamiento de gas con agua exotérmica dada en la ecuación (1) donde se aplica el catalizador de desplazamiento apropiado. Otras reacciones exotérmicas adecuadas aplicables en el proceso de la invención son las reacciones síntesis de metanol y la reacción síntesis de formaldehído ambas de las cuales son reacciones exotérmicas. Otra reacción aplicable en el proceso de la invención es la reacción de oxidación preferente exotérmica de monóxido de carbono, reacción (4).
Una corriente de proceso entra en la zona de reacción 5 a través de la entrada 6. Esta corriente de proceso por ejemplo podría ser un gas reformado que se ha sometido a una reacción de desplazamiento adicional en la zona de reacción 5. La reacción exotérmica se refrigera utilizando el calor generado por la evaporación del agua en los tubos de humidificación 4. Después de terminada la reacción la corriente de producto de la zona de reacción 5 sale del reactor a través de la salida 7.
Después de que la corriente que contiene hidrocarburo se haya humidificado, sale de los tubos de humidificación 4 y posteriormente del reactor 1 a través de la salida 8. Si fuera necesario, la corriente que contiene hidrocarburo humidificado puede hacerse pasar a través de un separador de partículas 9 para hacer coalescer cualquier gota de agua presente en la corriente antes de salir del reactor 1. Después de salir del reactor 1, la corriente que contiene hidrocarburo humidificado se transfiere entonces para procesado adicional.
La corriente que contiene hidrocarburo humidificado puede procesarse adicionalmente sometiéndola a una reacción de reformado con vapor adiabática o no adiabática y/o una reacción de reformado autotérmico o gasificación no catalítica.
En el caso de que la corriente que contiene hidrocarburo humidificado se reforme, la zona de reformado puede ser una zona de reformado endotérmica o exotérmica, por ejemplo una zona de reformado con vapor o una zona de reformado autotérmica. Si la corriente que contiene hidrocarburo incluye hidrocarburos superiores, la zona de reformado puede ser una zona de pre-reformado donde los hidrocarburos superiores se convierten irreversiblemente en metano, monóxido de carbono y dióxido de carbono. La etapa de pre-reformado puede ir seguida después, por ejemplo, por una etapa de reformado con vapor.
En una realización de la invención, cualquier agua que quede después de la humidificación de la corriente que contiene hidrocarburo sale de los tubos de humidificación 4 y cae hacia un depósito de agua 10 en el fondo del reactor 1. El depósito de agua 10 actúa como tambor de vapor y puede conectarse a una caldera de calor residual. La caldera de calor residual por ejemplo puede ser una caldera de gas de combustión (mostrada la Figura 3, número de referencia 12) que puede funcionar como una caldera de tipo hervidor. El vapor generado por la caldera puede unirse a la corriente que contiene hidrocarburo humidificado. El fondo del depósito de agua del reactor 1 tiene una salida 11 para extraer el agua y si fuera necesario reciclar el agua a la entrada 3.
La realización descrita anteriormente e ilustrada en la Figura 1 tiene la ventaja de sustituir lo siguiente en un proceso convencional: el reactor de desplazamiento, la caldera o calderas de calor residual, el separador de condensado de proceso, el suministro/efluente del cambiador y una cantidad sustancial de tuberías de conexión y un acero estructural. Además el tambor de vapor restante y el sistema de vapor asociado se reduce en gran medida de tamaño. En una realización de la invención la zona de reacción exotérmica 5 se divide en dos zonas: una zona provista con un catalizador de desplazamiento de alta temperatura (HT) y una zona provista con un catalizador de desplazamiento de baja temperatura (LT), estando situado el catalizador LT aguas abajo del catalizador HT.
En otra realización más la invención con referencia a la Figura 1, la zona de reacción exotérmica 5 se divide en una zona de catalizador de desplazamiento y una zona de catalizador Prox aguas abajo de la zona de catalizador de desplazamiento. Una corriente que contiene oxígeno se proporciona a la zona de catalizador Prox. En una realización, la zona de reacción se divide en tres zonas de catalizador provistas con un catalizador de desplazamiento HT, un catalizador de desplazamiento LT aguas abajo de catalizador HT y un catalizador Prox aguas abajo del catalizador de desplazamiento LT respectivamente. Esto es ventajoso porque la temperatura del efluente desde el desplazamiento LT corresponde a la temperatura requerida en la entrada de la sección Prox y la refrigeración proporcionada por la humidificación del hidrocarburo asegura una selectividad óptima para la reacción (4) frente a la reacción (5). El efluente que sale de la sección Prox aguas abajo del catalizador de desplazamiento LT a través de la salida 7 de la zona de reacción 5 puede dirigirse a una celda de combustible, proporcionando el efluente hidrógeno para la reacción en el ánodo. El aire u oxígeno se proporciona desde otra fuente para la reacción en el cátodo.
La Figura 2 ilustra una realización de la invención, en la que la zona de reacción exotérmica está en serie con una zona de reacción endotérmica, que puede ser una zona de reformado donde un hidrocarburo tal como metano se reforma de acuerdo con la ecuación (2). Una corriente que contiene hidrocarburo 20 y una corriente de agua 21 entra en el reactor 1. Las dos corrientes entran en un número de tubos de humidificación 22 que se extienden a través de la zona de reacción exotérmica 23. Como la mezcla del hidrocarburo de vapor pasa hacia abajo por los tubos de humidificación 22, el agua se evapora y el vapor formado de esta manera humidifica la corriente que contiene hidrocarburo como se ha explicado anteriormente en la descripción de la Figura 1.
La corriente que contiene hidrocarburo humidificado 24 sale del reactor 1 que tiene la zona de reacción exotérmica 23 y entra en una zona de reacción de reformado. En este ejemplo la zona de reformado es endotérmica y el reformador se ilustra usando un reformador tubular de calcinación 25. Puede usarse también un reformador convectivo en lugar de un reformador tubular. La corriente que contiene hidrocarburo humidificado 24 puede intercambiar calor opcionalmente en un cambiador de calor 26 con gas de combustión 27 del reformador tubular 25 antes del reformado. En el reformador tubular 25 el metano se reforma para producir monóxido de carbono e hidrógeno y estos productos 28 se desplazan después transfiriéndolos a la zona de reacción 8 del reactor 1.
El agua 29 puede extraerse opcionalmente del depósito de agua del reactor 1 y cambiar calor adicionalmente 30 con el gas de combustión 27 del reformador tubular 25. El gas de combustión 27, por lo tanto, puede experimentar dos etapas de intercambio de calor, donde la primera etapa es intercambio de calor 3 con la corriente que contiene hidrocarburo humidificado 9 y la segunda etapa es intercambio de calor 4 con agua 12. El contenido de calor del gas de combustión 10 puede usarse además para otros fines, por ejemplo, calentar la corriente que contiene hidrocarburo antes de la desulfuración.
En una realización adicional de la invención la zona de reacción exotérmica está en serie con una zona de reformado autotérmico exotérmica, en la que el compuesto hidrocarburo se oxida de acuerdo con la ecuación (3). La corriente que contiene hidrocarburo humidificado sale del reactor 1 teniendo la zona de reacción exotérmica y entra en el reformador autotérmico. La corriente contiene hidrocarburo humidificado puede calentarse opcionalmente mediante una fuente de calor para obtener la temperatura de entrada requerida al reformador autotérmico antes de entrar en el reformador. Opcionalmente, el vapor puede pre-reformarse y opcionalmente recalentarse antes de entrar en el reformador autotérmico. Una corriente adicional con compuesto oxidante entra también en el reformador autotérmico. Este compuesto oxidante normalmente es aire u oxígeno. El efluente reformado que sale del reformador autotérmico se transfiere después a la zona de reacción exotérmica 8 en el reactor 1. Durante su transferencia la zona de reacción 8 puede registrarse usando una caldera de calor residual, si fuera necesario. El depósito de agua en el reactor 1 puede usarse como tambor de vapor. El agua puede extraerse opcionalmente del depósito de agua del reactor 1 y calentarse adicionalmente mediante del gas de combustión del proceso, que a su vez se refrigera entonces.
La Figura 3 ilustra una realización adicional de la invención donde el reactor 1 con la zona de reacción exotérmica se ha integrado con un reactor que tiene una zona de reacción endotérmica. Por conveniencia, los números de referencia usados en la Figura 1 son también aplicables en la Figura 3. La corriente que contiene hidrocarburo humidificado sale del reactor 1 a través de la salida 8 y entra en la zona de reacción endotérmica, que puede ser una zona de reformado. En este caso, la zona de reformado se ilustra usando tubos de reformador convectivo 13 tales como el tipo conocido como HTCR de Haldor Topsøe A/S.
El calor se suministra a los tubos de reformado 13 mediante el gas de combustión de una cámara de combustión. Los tubos de reformado se calientan mediante un intercambio de calor con gas de combustión que entra a través de la entrada 14 y que fluye hacia arriba lo largo de la carcasa lateral de los tubos en un manguito 15 rodeado por los tubos de reformado 13. Después de salir del manguito 15 el gas de combustión fluye hacia abajo entre la sección de desplazamiento y los tubos de reformado 13 contracorriente respecto a la corriente que contiene hidrocarburo humidificado que se transfiere a los tubos de reformado 13. Parte del contenido de calor del gas de combustión se usa para calentar esta corriente. Posteriormente, el gas de combustión entra en la caldera de calor residual del gas de combustión 12, antes de salir del reactor integrado a través de la salida 18.
La corriente que contiene hidrocarburo humidificado sale de la sección de un humidificación a través de la salida 8 y se desplaza hacia arriba hacia la entrada de los tubos de reformado mientras que intercambia calor con el gas de combustión que fluye hacia abajo. De esta manera, la corriente que contiene hidrocarburo humidificado alcanza la temperatura de entrada a los tubos de reformado 13. La corriente calentada entra en los tubos reformados 13 donde se reforma. El efluente reformado entra en un tubo de bayoneta 16 en el fondo del tubo reformado. Los tubos de bayoneta 16 están conectados radialmente a la sección de desplazamiento con la zona de reacción 5.
El efluente reformado entra posteriormente en la zona de reacción 5 donde se desplaza a hidrógeno y dióxido de carbono de acuerdo con la ecuación (1). También se refrigera simultáneamente mediante la retirada de calor debido a la evaporación de agua que tiene lugar dentro de los tubos de humidificación 4 como se ha descrito anteriormente. La corriente de producto efluente se extrae después de la zona de reacción a través de la salida 7 para procesado adicional o recogida. La salida 7 se pone centralmente en la zona de reacción y está equipada con perforaciones 17 en su región inferior a través de las cuales la corriente de producto efluente se recoge y posteriormente se canaliza fuera del
reactor 1.
Se obtienen también ahorros adicionales en acero estructural y tuberías con la unidad de reactor integrada mostrada en la Figura 3. En la unidad de reactor de la invención el calor está integrado de manera que no exporta vapor, y la unidad sustituye por lo tanto al reactor de desplazamiento, y la caldera o calderas de calor residual y el tambor de vapor y los sistemas de vapor asociados se eliminan totalmente.
Otra ventaja del proceso de la invención es la menor temperatura de equilibrio de la reacción de desplazamiento obtenida. La temperatura de equilibrio es menor de aproximadamente 450ºC, la temperatura operativa en un reactor de desplazamiento de alta temperatura, o de aproximadamente 330ºC, la temperatura operativa en un reactor de desplazamiento de temperatura media, a aproximadamente a 225ºC. La temperatura de equilibrio inferior da como resultado un mayor rendimiento de hidrógeno puesto que la reacción (1) favorece la producción de hidrógeno a bajas temperaturas. De esta manera el proceso y aparato de la invención aumenta la producción de hidrógeno de una planta con un reformador de vapor dado o reformador autotérmico. Esto reduce la inversión necesaria para una producción dada y de esta manera mejora la economía del proceso.
Otra ventaja del proceso y la unidad del reactor de la invención es su uso en generación de hidrógeno a pequeña escala. Esto es particularmente útil para aplicaciones residenciales o comerciales a pequeña escala donde se requieren compacidad y una unidad combinada de calor y energía. Las realizaciones descritas anteriormente son particularmente adecuadas en sistemas de procesado de combustible para células de combustible con membrana de intercambio de protones.

Claims (10)

1. Proceso para refrigerar una zona de reacción exotérmica introduciendo una corriente de proceso en una zona de reacción exotérmica catalítica (5) de un lecho fijo catalítico con catalizador sólido para reacciones exotérmicas catalíticas en intercambio de calor indirecto con agua, extrayendo el producto de reacción refrigerado de la reacción exotérmica de la zona de reacción (5), caracterizado porque
una corriente de agua y una corriente que contiene hidrocarburo se introducen en una pluralidad de tubos de humidificación (4) que se extienden a través de la zona de reacción exotérmica catalítica (5) del lecho fijo catalítico con catalizador sólido en el que tiene lugar una o más reacciones exotérmicas catalíticas,
hacer pasar la corriente de agua en una película descendente a lo largo de la circunferencia interna de los tubos de humidificación (4),
humidificar la corriente que contiene hidrocarburo con agua en los tubos de humidificación (4), en intercambio de calor indirecto con la zona de reacción exotérmica (5),
extraer la corriente que contiene hidrocarburo humidificado, calentada de los tubos de humidificación (4) y
transferir la corriente de proceso que contiene hidrocarburo humidificado calentada para procesado adicional.
2. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la corriente que contiene hidrocarburo está saturada con agua o con vapor formado en los tubos de humidificación (4) durante la refrigeración de la reacción exotérmica en la zona de reacción (5).
3. Un proceso de acuerdo con las reivindicaciones 1 ó 2, en el que la reacción exotérmica es la reacción de desplazamiento de gas con agua y/o la reacción de oxidación preferente de monóxido de carbono.
4. Un proceso acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el procesado adicional es la reacción de reformado con vapor adiabática o no adiabática y/o la reacción de reformado autotérmica o gasificación no catalítica.
5. Unidad de reactor para realizar el proceso de refrigeración de la reivindicación 1 que comprende, dentro de una carcasa del reactor (1), una zona de reacción exotérmica catalítica (5) que tiene un lecho fijo catalítico con catalizador sólido, una entrada (6) para una corriente de proceso, y una salida (7) para el producto del reactor de corriente de proceso, caracterizada porque el reactor (1) tiene una entrada (2) para una corriente que contiene hidrocarburo, una entrada (3) para una corriente de agua, cada entrada situada aguas arriba de la zona de reacción exotérmica catalítica (5), y una pluralidad de tubos de humidificación (4) para humidificar la corriente que contiene hidrocarburo, extendiéndose los tubos de humidificación (4) a través de la zona de reacción exotérmica (5), estando abiertos los tubos de humidificación (4) en cualquier extremo y adaptados para crear una película descendente de agua a lo largo de su circunferencia interna para intercambiar calor por contacto térmico indirecto con la zona de reacción (5), teniendo el reactor (1) una salida (11) aguas abajo de la zona de reacción (5).
6. Unidad de reactor de acuerdo con la reivindicación 5, que comprende un reactor de reformado con vapor adiabático o no adiabático y/o un reactor de reformado autotérmico o una unidad de gasificación no catalítica en serie con la unidad del reactor.
7. Unidad de reactor de acuerdo con las reivindicaciones 5 ó 6, que comprende adicionalmente, dentro de la carcasa del reactor (1), una zona de reformado que tiene al menos un tubo de reformado catalítico (13) conectado radialmente a la zona de reacción (5), teniendo el al menos un tubo de reformado (13) una entrada para recibir la corriente que contiene hidrocarburo humidificado desde la zona de reacción, y una salida para dirigir el efluente de la corriente de proceso reformado a la entrada (6) de la zona de reacción exotérmica (5).
8. Unidad de reactor de acuerdo con las reivindicaciones 6 ó 7, que comprende adicionalmente, dentro de la carcasa del reactor (1), una caldera de calor residual de gas de combustión (12) aguas abajo de la zona de reacción, teniendo la caldera de gas residual medios de tubería que conectan la caldera a la cámara de combustión que suministra calor a al menos un tubo de reformado (13), estando adaptados los medios de tubería para permitir el intercambio de calor indirecto del gas de combustión con la corriente que contiene hidrocarburo humidificado.
9. Unidad de reactor de acuerdo con la reivindicación 5 que comprende una zona de reacción exotérmica catalítica (5) provista con catalizador de desplazamiento de gas con agua y/o catalizador para la reacción de oxidación preferente del monóxido de carbono.
10. Uso del proceso y unidad de reactor de acuerdo con la reivindicaciones 1 a 9 en un sistema de proceso combustible para celdas de combustible.
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