BRPI0618102A2

BRPI0618102A2 - método e aparelho para geração de vapor

Info

Publication number: BRPI0618102A2
Application number: BRPI0618102-3A
Authority: BR
Inventors: Terry Allen Marshall; Mark Irl Chambers; Robert El Wade
Original assignee: Celanese Int Corp
Priority date: 2005-11-01
Filing date: 2006-10-05
Publication date: 2011-08-16
Also published as: CA2628020A1; CN101321989B; EP1957863A2; TWI367311B; CN101321989A; WO2007053261A2; KR20080075130A; JP2009513481A; WO2007053261A3; US20070098627A1; US7901662B2; TW200730773A

Abstract

<b>MéTODO E APARELHO PARA GERAçãO DE VAPOR<d> é propiciado aqui um processo para gerar vapor quecompreende fornecer uma primeira corrente a um reformador de vapor para produzir uma segunda corrente que compreende essencialmente 100% de vapor de modo que a composição molecular da primeira corrente seja idêntica à composição molecular da segunda corrente, em que o reformador de vapor compreende uma entrada de reformador em comunicação defluido com uma saída de reformador, e pelo menos um tubo posicionado entre, e em comunicação de fluido com, a entrada de reformador e a saída de reformador; e em que pelo menos um tubo posicionado está em comunicação térmica com uma fornalha do reformador de vapor. é também descrito um reformador de vapor para produzir vapor.

Description

MÉTODO E APARELHO PARA GERAÇAO DE VAPOR

CAMPO DA INVENÇÃO

Esta invenção refere-se a sistemas e processos paraproduzir vapor utilizando um reformador de vapormodificado.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

Um método conhecido para reformar combustíveis dehidrocarboneto gasosos ou líquidos é por reformação devapor catalítica. Neste processo, uma mistura de vapor e docombustível de hidrocarboneto é exposta a um catalisadoradequado em uma temperatura elevada. 0 catalisadorutilizado contém normalmente um óxido de níquel depositadosobre uma base refratária de sílica baixa e o processonormalmente realiza-se em uma temperatura entreaproximadamente 700°C a aproximadamente 1.000°C. 0catalisador é normalmente colocado em tubos em uma fornalhae a reação é realizada ao passar o gás através docatalisador. Metano e outros hidrocarbonetos reagem com ovapor nos tubos reatores para formar monóxido de carbono(CO), dióxido de carbono (CO2) e hidrogênio.

No caso de processos de reformação para metano ou gásnatural (o processo de reformação), hidrogênio é liberadoem um processo de reformação de vapor catalítico de acordocom as reações globais que se seguem:

CH4 + H2O -> CO + 3 H2

CO + H2O -> CO2 + H2

Enquanto a segunda reação é ligeiramente exotérmica, aprimeira reação . é altamente endotérmica e exige uma fonteexterna de calor e uma fonte de vapor. O calor necessário énormalmente fornecido pela combustão de gás combustível derefinaria, gás de purificação .absorvente de troca depressão (PSA) e/ou outros gases combustíveis. Reformadoresde vapor comerciais normalmente compreendem tubospreenchidos catalisadores, externamente aquecidos enormalmente possuem eficiências térmicas de 60% ou menos.Contudo, certos reformadores de vapor possuem eficiênciasmais elevadas. Reformadores de eficiência elevadaexemplificativos são produzidos e vendidos por DavyPowergas.

Outro método convencional para reformar um combustívelde hidrocarboneto gasoso ou líquido é a reformação poroxidação parcial. Em reformação' por oxidação parcial, umamistura do combustível de hidrocarboneto e um oxigênio quecontém gás são combinados dentro de uma câmara de oxidaçãoparcial e submetidos a uma temperatura elevada, depreferência na presença de um catalisador. 0 catalisadorutilizado é normalmente um metal nobre ou níquel e atemperatura elevada é normalmente entre aproximadamente700°C a aproximadamente 1.200°C para reações catalisadas, aaproximadamente 1.200°C a aproximadamente 1.700°C parareações não-catalisadas. No caso de metano ou gás natural,o hidrogênio é liberado em uma câmara de oxidação parcialde acordo com a reação global que se segue:CH + 1A O2 CO + 2H2

Esta reação é altamente exotérmica e uma vez iniciadagera calor suficiente para ser auto-sustentada. Não éexigido nenhum fornecimento de calor ou fornecimento devapor externo. A técnica de reformação por oxidação parcialcatalítica é mais simples do que a técnica de reformação devapor catalítica, mas não é tão termicamente eficientequanto a reformação de vapor catalítica.

Outro método para reformar um combustível dehidrocarboneto é a reformação autotérmica, ou "ATR". Umreformador autotérmico utiliza uma combinação de reformaçãode vapor e reformação por oxidação parcial. 0 calordesperdiçado da reação de reformação por oxidação parcial éutilizado para aquecer a reação de reformação termicamentede vapor. Um reformador autotérmico pode em muitos casosser mais eficiente do que tanto um reformador de vaporcatalitico quanto um reformador por oxidação parcialcatalítico. Ao utilizar metano, ou gás natural, como ocombustível de hidrocarboneto, hidrogênio é liberado deacordo com a reação global que se segue:

CH4 + yH2o + (l-y/2)O2 CO2 + (2+y)H2, onde 0<y<2

0 produto final do processo de reformação énormalmente denominado gás de síntese. 0 gás de síntese(gás sin.) proveniente dos diversos processos de reformaçãodiscutidos acima pode ser utilizado em uma variedade deprocessos secundários. Por exemplo, gases de síntese podemser utilizados em um processo que combina monóxido decarbono e hidrogênio para formar metanol na presença de umcatalisador.

Como é evidente, é também bem conhecido utilizar ocalor de diversos processos em uma instalação industrialpara produzir vapor para gerar eletricidade para outrosprocessos dentro da instalação. Sistemas exemplificativosque utilizam gases e vapor de exaustão quentes provenientesde diversos processos industriais que incluem a formação degás de síntese que utiliza um reformador de vapor paraproduzir eletricidade são descritos nas Patentes U.S. Nos.6 . 619.041 e 5.066.325.

Muitas instalações industriais, especificamente nosEstados Unidos, que possuem reformadores de vapor para aprodução de monóxido de carbono e hidrogênio para uso naprodução de metanol, agora possuem fontes relativamentenão-dispendiosas de metanol disponíveis. Para o operador demuitas destas instalações industriais, é maiseconomicamente atraente adquirir o metanol e outrosprodutos a jusante de reformadores de vapor de umfornecedor do que é produzir o metanol e similares a partirde gases de síntese gerados por reformadores de vapor.

Como tal, existe uma necessidade para utilizar osreformadores de vapor existentes de uma forma que osgrandes gastos de capital associados a estes sistemaspossam ser recuperados, enquanto propiciam um benefício àinstalação na qual o reformador de vapor está situado.Nestes tipos de instalações, os sistemas e processosdescritos aqui são especificamente úteis para propiciarusos alternativos economicamente atrativos parareformadores de vapor que representam custos de capitalfixos para a instalação.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

Esta descrição refere-se a sistemas e processos para aprodução eficiente de vapor para uso em diversos processosindustriais. Os sistemas e processos são propiciados aomodificar e/ou retro-instalar um sistema que inclui pelomenos um reformador de vapor existente. Em um aspecto dapresente invenção, um processo para gerar vapor compreendeas etapas de:

(i) fornecer um primeiro vapor a um reformador devapor,

em que a primeira corrente compreende essencialmente100% em peso de água;

possui uma temperatura de iaproximadamente 185°C ousuperior;

uma pressão de aproximadamente 1.150 kPa ou superior;e

pelo menos 50% em peso da primeira corrente' está naforma de vapor;

em que o reformador de vapor compreende uma entrada dereformador em comunicação de fluido com uma saída dereformador, e pelo menos um tubo posicionado entre, e emcomunicação de fluido com, a entrada de reformador e asalda de reformador; e

em que o pelo menos um tubo está em comunicaçãotérmica com uma fornalha do reformador de vapor;

(ii) aquecer pelo menos uma porção da referidaprimeira corrente dentro do referido pelo menos um tubopara produzir uma segunda corrente que compreendeessencialmente 100% em peso de vapor em uma temperatura deaproximadamente 760°C ou superior e em uma pressão de 1.150kPa ou superior de modo que a composição molecular daprimeira corrente seja idêntica à composição molecular dasegunda corrente; e

(iii) remover a referida segunda corrente da referidasaída do referido reformador de vapor.

Em outro aspecto da presente invenção, um processopara gerar vapor compreende as etapas de:

(i) fornecer uma primeira corrente para um reformadorde vapor,em que a primeira corrente compreende essencialmente100% em peso de água;

possua uma temperatura entre aproximadamente 45O°C aaproximadamente 550°C;

uma pressão entre aproximadamente 1.150 kPa aaproximadamente 4.6 00 kPa; e

pelo menos aproximadamente 80% em peso da primeiracorrente esteja na forma de vapor;

em que o reformador de vapor compreende uma entrada dereformador em comunicação de fluido com a saída dereformador, e diversos tubos são posicionados entre, e emcomunicação de fluido com, a entrada de reformador e asaída de reformador;

em que um material de embalagem inerte é dimensionadoe arrumado com cada um dos diversos tubos para propiciar umfluxo turbulento dentro da primeira corrente, o material deembalagem compreendendo bolas;, cerâmicas, cilindros,descansos, pelotas, pedras naturais, cascalho natural, ouuma combinação destes que possuem diâmetros entreaproximadamente 8 mm a aproximadamente 50 mm; e em que ostubos estão em comunicação térmica com uma fornalha doreformador de vapor;

(ii) aquecer pelo menos uma porção da referidaprimeira corrente dentro do referido pelo menos um tubopara produzir uma segunda corrente que compreendeessencialmente 100% em peso de corrente superaquecida emuma temperatura de aproximadamente 76O°C ou superior e emuma pressão de 1.150 kPa ou- superior de modo que acomposição molecular da primeira corrente seja idêntica àcomposição molecular da segunda corrente; e(iii) remover a referida segunda corrente da referidasaída do referido reformador de vapor.

Em ainda outro aspecto da presente invenção umprocesso para produzir vapor compreende as etapas de:fornecer uma primeira corrente para um reformador devapor em que a primeira corrente compreenda essencialmente100% em peso de água, possua uma temperatura deaproximadamente 185°C ou superior, e uma pressão deaproximadamente 1.150 kPa ou superior, em que pelo menos80% em peso da primeira corrente esteja na forma de vapor;meios para aquecer a primeira corrente no reformadorde vapor para produzir uma segunda corrente que possui umatemperatura mais elevada do que a primeira corrente em quea composição molecular da primeira corrente seja idêntica àcomposição molecular da segunda corrente; emeios para remover a segunda corrente da saída doreformador de vapor.

Em ainda outro aspecto da presente invenção, umreformador de vapor para produzir vapor compreende umaentrada de reformador em comunicação de fluido com umasaída de reformador, e diversos tubos posicionados entre, eem combinação de fluido com, a entrada de reformador e asaída de reformador;

em que um material de embalagem de entrada édimensionado e posicionado com cada um dos diversos tubospara propiciar um fluxo turbulento dentro da primeiracorrente, o material de embalagem compreendendo bolascerâmicas, cilindros, descansos, pelotas, pedras naturais,cascalho natural, ou uma combinação destes que possuemdiâmetros entre aproximadamente 8. mm a aproximadamente 50mm; e

em que os tubos estão em comunicação térmica com umafornalha do reformador de vapor.

Os sistemas e processos descritos são especificamenteúteis para produzir vapor em instalações que possuem umreformador de vapor previamente utilizado para produzirgases de síntese para fins tais como produção de metanol eem que a necessidade por tais gases de síntese não estámais presente ou é diminuída.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A Fig. 1 é uma representação esquemãtica de um sistemade aparelho de sistema reformador convencional.

A Fig. 2 é uma representação esquemática de umamodalidade de um sistema de aparelho de sistema reformadordescrito na mesma.

A Fig. 3 é uma representação esquemática de umamodalidade de um sistema de aparelho de sistema reformadordescrito na mesma.

DESCRIÇÃO DETALHADA

Esta descrição refere-se a sistemas e processos para aprodução eficiente de vapor para uso em diversos processosindustriais. Os sistemas e processos descritos aqui fazemuso de reformadores de vapor projetados para produção degás de síntese para produzir vapor para diversos fins.Normalmente reformadores de vapor são muito dispendiosos deconstruir e manter. Conseqüentemente, existem alternativasmenos dispendiosas disponíveis para uso em instalaçõesindustriais para a produção geral de vapor. Contudo, eminstalações em que o uso de um reformador de vaporexistente não é mais necessário para a produção de gás desíntese, descobriu-se que tal reformador de vapor podepropiciar um gerador eficiente de quantidades grandes devapor. Por conseguinte, os sistemas e processos descritosaqui propiciam uma retro-instalação economicamente atrativaou modificações de sistemas que incluem pelo menos umreformador de vapor existente, para produzir vapor paradiversos usos industriais.

Tipos de reformadores de vapor adequados para uso deacordo com a presente invenção incluem reformadorestubulares, reformadores autotérmicos, reformadoresadiabáticos, reformadores cilíndricos, e similares. Aprincipal diferença entre estes reformadores é a maneira naqual o calor é aplicado para a reação de reformaçãoendotérmica. Em um reformador tubular, o calor é fornecidoatravés das paredes de um cilindro ao material catalisador(vide, por exemplo, a Patente U.S. No. 4.098.589). Em umreformador autotérmico, o calor é fornecido ao leitocatalisador diretamente pelos gases aquecidos que entram noreformador (vide, por exemplo, a Patente U.S. No.3.976.507). Em um reformador cilíndrico, diversosreformadores são operados simultaneamente com um conjuntode reformadores que operam sob uma fase de combustão (quereagem combustível e ar) para propiciar o calor necessáriopara a fase de produção de hidrogênio, enquanto outroconjunto de reformadores é operado sob a fase de produçãode hidrogênio (que reage hidrocarboneto e vapor), com umatroca de fases quando a temperatura dos reformadores nafase de produção de hidrogênio cai abaixo daquelanecessária para sustentar a produção de hidrogênio (vide,por exemplo, a Patente U.S. No. 4.293.315). Em umreformador adiabático, um trocador de calor convencional éutilizado para fornecer o calor necessário para o vapor e ohidrocarboneto antes da passagem para dentro do reformadorde vapor. Em geral, reformadores de vapor adequadosprecisam meramente compreender uma entrada de reformador emcomunicação de fluido com uma saída de reformador, um oumais tubos posicionados entre, e em comunicação de fluidocom, a entrada de reformador e a saída de reformador. Um oumais tubos está de preferência em comunicação térmica comuma fornalha ou outra fonte de calor fornecido aoreformador de vapor. Conseqüentemente, um ou mais tubos sãofreqüentemente situados dentro de uma fornalha doreformador de vapor. Para os fins daqui, um ou mais tubossão utilizados normalmente para representar uma seção dereformador, em que a provisão de alimentação do reformadorde vapor foi previamente contatada com um catalisador napresença de calor para realizar o processo de reformação emque a alimentação foi convertida no produto.Conseqüentemente, um ou mais tubos precisam não serrestritos a tubos que possuem uma seção transversalcircular, mas incluem quaisquer dos diversos arranjos deestruturas e superfícies em que uma alimentação parareformador de vapor foi convertida em gás de síntese, ououtros produtos consistentes com a operação de reformadorde vapor normal.

Nos sistemas e processos descritos aqui, uma primeiracorrente é fornecida a uma entrada do reformador de vapor,que é em seguida aquecida dentro do reformador de vaporpara produzir uma segunda corrente. De preferência, aprimeira corrente é fornecida ao reformador de vapor em umatemperatura entre aproximadamente 185°C a aproximadamente350°C e em uma pressão entre aproximadamente 1.150 kPa aaproximadamente 4.600 kPa. A primeira corrente podecompreender essencialmente 100% em peso de água, e podeconter pelo menos 5 0% em peso, de preferência pelo menos80% em peso de vapor, com qualquer porção restante daprimeira corrente que inclui água (líquido) livre.

Isto está em contraste com correntes direcionadas a umreformador de vapor convencional, que pode conter entreaproximadamente 74% de água a aproximadamente 77% em pesode água na forma de vapor. É claro que algum vapor noreformador de vapor convencional é consumido na conversãoda corrente de hidrocarboneto dentro do reformador.Contudo, normalmente a corrente que sai de um reformador devapor operado na produção de gás de síntese contém entreaproximadamente 45% em peso a aproximadamente 53% em pesode vapor em excesso. Este vapor é normalmente recuperado dogás de síntese produzido no , reformador de vapor em umaetapa de purificação posterior.

Nos sistemas e processos descritos aqui, o aparelhoreformador é utilizado para converter uma primeira correnteem uma temperatura entre ,aproximadamente 185°C aaproximadamente 35O0C e uma pressão entre aproximadamente1.150 kPa a aproximadamente 4.600 kPa que contémessencialmente 100% em peso de água, em que entreaproximadamente 80% em peso a aproximadamente 100% em pesoda água está na forma de vapor, com uma porção de nãovapor que inclui água livre, para uma segunda corrente quecompreende essencialmente 100% em peso de vapor em umatemperatura entre aproximadamente 76O0C a aproximadamente900°C e uma pressão entre aproximadamente 1.150 kPa aaproximadamente 4.600 kPa. É evidente que temperaturas epressões mais elevadas de ambas a primeira corrente e asegunda corrente de produto estão dentro do âmbito dapresente invenção, e dependendo das exigências dos sistemasno ambiente em que um reformador de vapor é operado.

O uso de um reformador de vapor para a produção geralde vapor conforme descrito aqui pode propiciar produção devapor mais eficiente se comparada a sistemas convencionaistais como aquecedores, etc. A eficiência de produção devapor é determinada em termos da quantidade de produção devapor real em proporção à quantidade de calor teoricamentepossível a partir da fonte de combustível utilizada naprodução do calor fornecido ao reformador de vapor. Tais métodos são bem conhecidos na técnica. É evidente que aeficiência da produção do vapor de acordo com a presenteinvenção dependerá do projeto de um reformador de vaporespecífico. Contudo, reformadores de vapor de acordo com apresente invenção de preferência produzem vapor em taxas deeficiência de pelo menos 60%, de preferência pelo menos70%, de preferência pelo menos 80%, e ainda maispreferivelmente pelo menos aproximadamente 83%. Sendoassim, sistemas de produção de vapor convencionais, taiscomo aquecedores acionados a gás normalmente produzem vaporem taxas de eficiência inferiores a 83%.

Foi inesperadamente descoberto que a seção derecuperação de calor de convecção de um reformador de vapornormal é normalmente superdimensionada em relação a umaquecedor convencional utilizado para produção de vapor.Acredita-se que este atributo de reformadores de vaporpermite eficiência térmica aperfeiçoada se comparado asistemas de produção de vapor convencionais.

Contudo, mesmo se o aparelho reformador de vaporexistente for capaz de produzir vapor em uma taxa deeficiência elevada, a presente invenção permanece umaalternativa viável tal como um aparelho retro-instaladoe/ou operado conforme descrito aqui pode apresentar umafonte de vapor confiável com custo de capital inferior aexpandir ou construir instalações de geração de vapor.

Em uma modalidade da presente invenção, um processopara gerar vapor compreende as etapas de:

(i) fornecer uma primeira corrente a umreformador de vapor,

em que a primeira corrente compreende essencialmente100% em peso de água; possui uma temperatura entreaproximadamente 185°c a aproximadamente 350°C; uma pressãoentre aproximadamente 1.150 kPa a aproximadamente 4.600kPa, e pelo menos aproximadamente 80% em peso da primeiracorrente está na forma de vapor;

em que o reformador de vapor compreende uma entrada dereformador em comunicação de fluido com uma saída dereformador, e pelo menos um tubo posicionado entre, e emcomunicação de fluido com, a entrada de reformador e asaída de reformador; e

(ii) aquecer pelo menos uma porção da referidacorrente dentro do referido pelo menos um tubo paraproduzir uma segunda corrente que compreende essencialmente100% em peso de vapor em uma temperatura entreaproximadamente 76O0C a aproximadamente 9OO0C e em umapressão entre aproximadamente 1.150 kPa a aproximadamente4.600 kPa; e

(iii) remover a referida segunda corrente da saída doreformador de vapor.

A Fig. 1 do estado da técnica anterior propicia umarepresentação esquemática de um aparelho reformador devapor convencional como uma parte integral de um sistemareformador de vapor. Um reformador de vapor convencional 2pode normalmente incluir uma fornalha 3 em comunicaçãotérmica com um ou mais tubos preenchidos de catalisador 4através do que uma mistura de vapor e gás de hidrocarbonetopode ser direcionada a partir de uma entrada de reformador9 para uma saída de reformador 11. Uma fonte de gáscombustível 6 propicia energia para manter a fornalha 3, esendo assim o reformador 2 em uma temperatura entreaproximadamente 900°C a aproximadamente 1.050°C. Namodalidade mostrada, uma fonte de ar de combustão 8 épropiciada para o reformador 2 para fornecer oxigênio paraa fornalha 3.

Em uma operação típica, uma corrente de gás dehidrocarboneto 10 tal como uma corrente de gás combustívelde metano é misturada e aquecida com uma corrente de águaque contém vapor e/ou água em excesso 12 em um dispositivotal como um umidificador 14. A mistura é em seguidaremovida do umidificador 14 como corrente misturada 16. Acorrente misturada 16 é em seguida normalmente pré-aquecidaã medida que se desloca através de permutadores/tubulaçãode calor 18, que podem ser posicionados dentro de um gás deexaustão 2 0 de um reformador de vapor 2 produzido emfornalha 3. A corrente misturada 16 é aquecida paraproduzir uma corrente pré-aquecida 22. A razão molar devapor (isto é, H2O) para carbono em corrente pré-aquecida22 normalmente varia entre 2,6 e 3,2. Conseqüentemente, aágua presente em corrente pré-aquecida 22 normalmente variaentre 74% em peso e 77% em peso, com base no peso total decorrente misturada 16. A corrente pré-aquecida 22 pode emseguida ser direcionada através da entrada de reformador 9,e através de tubos preenchidos de catalisador 4, onde acorrente misturada 16 é aquecida dentro do reformador 2 e areação de reformação acima descrita toma lugar paraproduzir gás de síntese.

Conseqüentemente, sob operação de reformador de vapornormal, dentro de tubos preenchidos de catalisador 4,metano e quantidades menores de outros hidrocarbonetos eágua administrados em corrente pré-aquecida 22 sãoconvertidos em monóxido de carbono, dióxido de carbono ehidrogênio de acordo com a fórmula estabelecida acima paraproduzir uma corrente de gás de síntese úmida 24 que contémvapor em excesso. 0 vapor em excesso pode em seguida serrecuperado da corrente de gás de síntese úmida 24 por meiosconvencionais, normalmente ao condensar o vapor de saídacomo água em uma corrente de reciclagem de água 26. Acorrente de reciclagem de água 26 pode em seguida serreutilizada no processo de reformador ou outros processos(por exemplo, reciclado de volta para a corrente de água12) . O gás de síntese concentrado resultante 28 pode emseguida ser utilizado nos diversos processos, conformedescrito acima, incluindo produção de metanol.

A Fig. 2 propicia uma representação esquemática de umamodalidade de um reformador de vapor de acordo com apresente invenção. Os sistemas e processos descritos aquinos quais inclui-se um arranjo de reformador de vapor deprodução de gás de síntese convencional conforme mostradona Fig. 1 que foi alterado ou modificado para a produção devapor ao invés de gás de síntese e vapor em excesso.

Na modalidade mostrada, um reformador modificado 4 0 émostrado tendo uma fornalha 43 em comunicação térmica comum ou mais, normalmente diversos tubos 42. Uma fonte de gáscombustível 44 e uma fonte de ar de combustão 46 sãoconsumidas dentro da fornalha 4 3 para propiciar energia(calor) para manter o reformador modificado 40 em umatemperatura de pelo menos 850°C, mais preferivelmente entreaproximadamente 850°C a aproximadamente 950°C. Uma correntede alimentação 4 8 que compreende até aproximadamente 20% empeso de água livre e entre aproximadamente 8 0% em peso aaproximadamente 100% em peso de vapor, e que possui umatemperatura entre aproximadamente 185°C a aproximadamente350°C e uma pressão entre aproximadamente 1.025 kPa aaproximadamente 2.170 kPa é fornecida à entrada 49 doreformador de vapor modificado 40. Conforme mostrado naFigura 2, a corrente de alimentação 48 pode ser pré-aquecida à medida que se desloca através de permutadores decalor e encanamento 50 posicionados dentro de uma saída degás de exaustão quente 52 de reformador modificado 40 paraproduzir corrente pré-aquecida 54. A corrente pré-aquecida54 está de preferência em uma temperatura entreaproximadamente 45O0C a aproximadamente 55O0C e uma pressãoentre aproximadamente 1.825 kPa a aproximadamente 2.170kPa.A corrente de água 56 pode também propiciar água àcorrente de pré-aquecimento 54 para produzir uma primeiracorrente 58. Em uma modalidade, a corrente de água 56propicia água para uma corrente pré-aquecida 54 em umaquantidade suficiente para produzir até 20% em peso de águalivre na primeira corrente 58. De preferência, a quantidadede água propiciada pela corrente de água 56 pode serqualquer quantidade igual a oü inferior à quantidadenecessária para propiciar 2 0% em peso de água livre naprimeira corrente 58.

Em certas modalidades, a quantidade de água propiciadapela corrente de água 56 é uma quantidade suficiente paraproduzir a primeira corrente 58 em um estado saturado. Emoutras modalidades, a quantidade de água propiciada pelacorrente de água 56 é uma quantidade suficiente parapropiciar uma primeira corrente 58 entre aproximadamente 1%em peso a aproximadamente 20% em peso de água livre. Emmodalidades adicionais, a quantidade de água propiciadapela corrente de água 56 é uma quantidade suficiente parapropiciar uma primeira corrente 58 entre aproximadamente 5%em peso a aproximadamente 15% em peso de água livre. Emainda outras modalidades, a quantidade de água propiciadapela corrente de água 56 é uma quantidade suficiente parapropiciar uma primeira corrente 58 entre aproximadamente 5%em peso a aproximadamente 10% em peso de água livre.

A primeira corrente 58 propiciada para entrada dereformador 4 9 de preferência possui uma temperatura acimade 185°C, de preferência a primeira corrente 58 possui umatemperatura entre aproximadamente 185°C a aproximadamente550°C, mais preferivelmente a primeira corrente 58 possuiuma temperatura entre aproximadamente 450°C aaproximadamente 550°C.

A primeira corrente 58 de preferência possui umapressão de pelo menos aproximadamente 1.150 kPa, depreferência a primeira corrente 58 possui uma pressão entreaproximadamente 1.150 kPa a aproximadamente 4.600 kPa, comuma pressão entre aproximádamente 1.825 kPa aaproximadamente 2.170 kPa sendo mais preferido.

Pelo menos uma porção da primeira corrente 58, depreferência toda a primeira corrente 58 é em seguidadirecionada através da entrada de reformador 49, através dediversos tubos 42, e em seguida removida do reformadormodificado 40 através da saída de reformador 51. Nosprocessos e sistemas descritos aqui, tubos 42 no reformadormodificado 40 propiciam um espaço de residência para aprimeira corrente 58 para absorver a energia de aquecimentogerada dentro da fornalha 43 de reformador modificado 40para produzir uma segunda corrente 6 0 que compreendeaproximadamente 100% em peso de água na forma de vapor, depreferência vapor superaquecido, que .sai do reformadormodificado 40 através da saída do reformador 51.

Em uma modalidade preferida, essencialmente toda asegunda corrente 60 é vapor superaquecido. De preferência,uma segunda corrente 60 possui uma temperatura de pelo. menos 760°C, de preferência entre aproximadamente 760°C aaproximadamente 900°C e uma pressão de pelo menos 1.150kPa, mais preferivelmente entre 1.150 kPa a aproximadamente1 4.600 kPa.

Tubos 4 2 precisam estar em comunicação térmica com uma

fonte de calor. Conseqüentemente, os tubos 42 precisam sercompreendidos de um material termicamente condutivo. Ostubos 42 são de preferência compreendidos de ligas de ferro(aço) , de preferência as denominadas superligas que inibema corrosão e propiciam transferência de calor eficiente. Emuma modalidade, os tubos 4 2 podem compreender uma ligaresistente a calor, de preferência Paralloy disponível deDoncasters Ltd., Melbourne ou similar.

Em uma modalidade, tubos 42 não propiciam uma reaçãocatalítica. Como tal, a composição molecular da primeiracorrente 58 é idêntica à composição molecular da segundacorrente 60. 0 único processo que se realiza com oreformador de vapor modificado 40 é o aumento natemperatura e/ou alteração de fase de água líquida paravapor.

Em outra modalidade, tubos 4 2 podem compreender ummaterial de embalagem 4 5 que propicia um fluxo turbulentodentro da primeira corrente 5 8 à medida que a mesma éaquecida dentro dos tubos 42. Conseqüentemente, o materialde embalagem 45 pode incluir qualquer material queaperfeiçoa transferência de calor entre a fornalha 43 (esendo assim tubos 42) e a primeira corrente 58. Em umamodalidade, o material de embalagem 4 5 pode incluircatalisador de reformador convencional. 0 material deembalagem 4 5 pode assim propiciar características de fluxodentro de tubos 4 2 que funcionam para garantir a mistura emesmo aquecimento da primeira corrente 58. Os tubos 42podem também ser modificados para aumentar a área desuperfície, para conferir fluxo turbulento, ou similar,para aperfeiçoar a eficiência de transferência de calorentre a fornalha 43 e a primeira corrente 58.Em outra modalidade, o material de embalagem 4 5 podecompreender partículas de um material inerte posicionado eposicionado dentro de tubos 42 para propiciar fluxoturbulento, e assim garantir mesmo transferência de calorpara a primeira corrente 54. Em uma modalidade, o materialde embalagem pode compreender bolas cerâmicas, cilindros,descansos, pelotas, e/ou similares, que incluem aquelescomercialmente disponíveis sob a designação Denstone daNorton Chemical Product Division.

0 material de embalagem 4 5 de preferência compreendebolas ou pelotas que possuem diâmetros entreaproximadamente 8 mm a aproximadamente 50 mm. Em outrasmodalidades, os tubos 42 podem conter material de embalagem4 5 que compreende pedras naturais ou cascalho.

Ao sair do reformador modificado 4 0 através da saídade reformador 51, a segunda corrente 60 pode em seguida serutilizada para propiciar uma fonte de vapor e calor paradiversos usos por todo um complexo industrial.

Na modalidade representada na Fig. 2, a segundacorrente 60 é mostrada orientada para um trocador de calor62 em que uma porção do valor de energia de segundacorrente 60 é transferida para uma corrente de empresa deserviços públicos 64 que pode ser uma corrente de água dealimentação de aquecedor em uma temperatura entreaproximadamente 90°C a aproximadamente 300°C e pressãoentre aproximadamente 1.825 kPa a aproximadamente 4.600kPa. A corrente de empresa de serviços públicos 64 pode emseguida ser direcionada para outro trocador de calor 66posicionado dentro do gás de exaustão 52 do reformadormodificado 4 0 para aumentar ainda mais a temperatura dacorrente de empresa de serviços públicos 64. Eventualmente,a corrente de empresa de serviços públicos 64 pode emseguida ser direcionada para um dispositivo de separação devapor 68, em que a corrente de empresa de serviços públicos64 pode ser combinada com a água de construção paraproduzir corrente de alimentação 48. Ao fazer isso, pelomenos uma porção do calor propiciado pela segunda corrente60 pode ser reciclada de volta para dentro do reformadormodificado 40.

Como é também mostrado na Fig. 2, após sair dotrocador de calor 62, a corrente 60 torna-se a terceiracorrente 70, de preferência com uma temperatura entreaproximadamente 225°C a aproximadamente 350°C e uma pressãoentre aproximadamente 1.150 kPa a aproximadamente 2.170 kPacom teor de calor suficiente para ser efetivamenteutilizado como uma fonte de calor para diversos usos portodo o complexo industrial no qual o reformador estásituado. Em uma modalidade, a corrente 7 0 é utilizada notodo ou em parte como um fornecimento de sistema de vaporde instalação.

A modalidade mostrada na Fig. 3 propicia umarepresentação esquemática de outra modalidade dos sistemase processos descritos aqui nos quais o arranjo dereformador de produção de gás de síntese na Fig. 1 éalterado para a produção de vapor.

Similar à Fig. 2, a segunda corrente 60 pode serencaminhada através do trocador de calor 62, a terceiracorrente 7 0 pode em seguida ser encaminhada através deoutro trocador de calor 72 para transferir ainda mais calorpara a corrente de água de empresa de serviços públicos 64,que pode ser uma corrente dè água de alimentação deaquecedor. Ao invés de um mecanismo de transferênciasensível a calor como pode ser encontrado em trocador decalor 62, o trocador de calor 72 pode ser um trocador decalor latente, um trocador de calor condensado, ousimilares. O vapor final não condensado 76 que sai dopermutador 72 pode possuir ainda teor de calor suficientepara ser efetivamente utilizado como uma fonte de vaporpara diversos usos por todo o complexo industrial no qual oreformador está situado. Em uma modalidade, a correntefinal 76 é utilizada no todo ou em parte como fornecimentode sistema de vapor de instalação.

A modelagem do projeto representado na Fig. 2, indicaque foi conduzido utilizando um padrão "Reformador Davey"consistente com os projetos de aproximadamente 1978. Amodelagem indica que entre 77.000 kg/h e 113.000 kg/h devapor a 1.825 kPa e 275°C podem ser produzidos utilizando291 milhões de BTUs por hora de reformador. A entrada decalor exigida foi determinada para ser entreaproximadamente 60 MW e 88 MW. Outros reformadoresdimensionados possuirão saídas proporcionais com entradasde calor racionadas similares.

Com relação às diversas faixas estabelecidas aquianteriormente, qualquer limite ,,superior recitado pode, éevidente, ser combinado com qualquer limite inferior parasub-faixas selecionadas.

Embora as diversas modalidades e suas vantagens tenhamsido descritas em detalhes, deverá ser entendido quediversas modificações, substituições, e alterações poderiamser feitas sem se afastar do espírito e âmbito dasinvenções conforme definido pelas reivindicações que seseguem.

Claims

1. Processo para gerar vapor, caracterizado pelofato de compreender:(i) fornecer uma primeira corrente para um reformadorde vapor,em que a primeira corrente compreende essencialmente100% em peso de água;possui uma temperatura de 185°C ou maior;uma pressão de aproximadamente 1.150 kPa ou maior; epelo menos aproximadamente 50% em peso da primeiracorrente está na forma de vapor;em que o reformador de vapor compreende uma entrada dereformador em comunicação de fluido com uma saída dereformador, e pelo menos um tubo posicionado entre, e emcomunicação de fluido com, a entrada de reformador e asaída de reformador; eem que o pelo menos um tubo está em comunicaçãotérmica com uma fornalha do reformador de vapor;(ii) aquecer pelo menos uma porção da referidaprimeira corrente dentro do referido pelo menos um tubopara produzir uma segunda corrente que compreendeessencialmente 100% em peso de. vapor em uma temperatura deaproximadamente 760°c ou superior e em uma pressão de 1.150kPa ou superior de modo que a composição molecular daprimeira corrente seja idêntica á composição molecular dasegunda corrente; e(iii) remover a referida segunda corrente da referidasaída do referido reformador de vapor.

2. Processo, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato do pelo menos um tubo compreenderparalloy.

3. Processo, de acordo com a reivindicação 1 ou 2,caracterizado pelo fato do pelo menos um tubo compreenderdiversos tubos.

4. Processo, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1, 2 ou 3, caracterizado pelo fato domaterial de embalagem inerte ser dimensionado e posicionadocom pelo menos um tubo para propiciar um fluxo turbulentodentro da primeira corrente.

5. Processo, de acordo com a reivindicação 4,caracterizado pelo fato do material de embalagem incluircatalisador de reformador convencional.

6. Processo, de acordo com a reivindicação 4 ou 5,caracterizado pelo fato do material de embalagemcompreender partículas de um material inerte.

7. Processo, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 4, 5 ou 6, caracterizado pelo fato domaterial de embalagem compreender bolas cerâmicas,cilindros, descansos, pelotas, ou uma combinação destes.

8. Processo, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 4, 5, 6 ou 7, caracterizado pelo fato domaterial de embalagem compreender bolas ou pelotas quepossuem um diâmetro entre aproximadamente 8 mm aaproximadamente 50 mm.

9. Processo, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 4, 5, 6, 7 ou 8, caracterizado pelo fato domaterial de embalagem compreender pedras naturais,cascalho, ou uma combinação destes.

10. Processo, de acordo "com qualquer uma dasreivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 ou 9, caracterizadopelo fato da primeira corrente compreender entreaproximadamente 0% em peso a aproximadamente 20% em peso deágua livre transportada por vapor em uma temperatura entreaproximadamente 18 5°C ou mais a aproximadamente 23 0° e umapressão entre 1.150 kPa a aproximadamente 2.170 kPa.

11. Processo, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 ou 10,caracterizado pelo fato da primeira corrente compreenderentre aproximadamente 20% em peso ou menos de água livre.

12. Processo, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 ou 11,caracterizado pelo fato da primeira corrente compreenderentre aproximadamente 5 a 15% em peso de água livre.

13. Processo, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 ou 12,caracterizado pelo fato da primeira corrente compreenderentre aproximadamente 5 a aproximadamente 10% em peso deágua livre.

14. Processo, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 ou 13,caracterizado pelo fato da primeira corrente estar a umatemperatura entre aproximadamente 185°C a aproximadamente 550°C.

15. Processo, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13 ou 14, caracterizado pelo fato da primeira corrente estar auma temperatura entre aproximadamente 45O0C aaproximadamente 55O0C.

16. Processo, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6,.. 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13,-14 ou 15, caracterizado pelo fato da primeira correnteestar em uma pressão entre aproximadamente 1.150 kPa aaproximadamente 4.600 kPa.

17. Processo, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13,-14, 15 ou 16, caracterizado pelo fato da primeira correnteestar em uma pressão entre aproximadamente 1.150 kPa aaproximadamente 2.170 kPa.

18. Processo, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13,-14, 15, 16 ou 17, caracterizado pelo fato da segundacorrente consistir essencialmente de vapor superaquecido.

19. Processo, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13,-14, 15, 16, 17 ou 18, caracterizado pelo fato da segundacorrente estar a uma temperatura entre aproximadamente760°C a aproximadamente 900°C e uma pressão entre 1.150 kPaa aproximadamente 4.60 0 kPa.

20. Processo, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13,-14, 15, 16, 17, 18 ou 19, caracterizado pelo fato daprimeira corrente ser aquecida utilizando um gás deexaustão proveniente da fornalha de reformador de vaporantes de propiciar a primeira corrente ao reformador devapor.

21. Processo, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13,-14, 15, 16, 17, 18, 19 ou 20, caracterizado pelo fato daprimeira corrente ser aquecida no reformador de vapor paraproduzir a segunda corrente em uma eficiência de pelo menos-80%.

22. Processo, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13,-14, 15, 16, 17, 18, 19, 20 ou 21, caracterizado pelo fatode compreender ainda a etapa de esfriar a segunda correnteem um trocador de calor térmico até uma temperatura entreaproximadamente 200°C a aproximadamente 32O0C que segue aremoção da segunda corrente do reformador de vapor.

23. Processo, de acordo com a reivindicação 22,caracterizado pelo fato da segunda corrente ser esfriada notrocador de calor térmico com água de alimentação deaquecedor.

24. Processo para gerar vapor, caracterizado pelofato de compreender:(i) fornecer uma primeira corrente para um reformadorde vapor,em que a primeira corrente compreende essencialmente-100% em peso de água;possui uma temperatura entre aproximadamente 450°C aaproximadamente 550°C;uma pressão entre aproximadamente 1.150 kPa aaproximadamente 4.600 kPa; epelo menos aproximadamente 80% em peso da primeiracorrente está na forma de vapor;em que o reformador de vapor compreende uma entrada dereformador em comunicação de fluido com uma saída dereformador, e pelo menos um tubo posicionado entre, e emcomunicação de fluido com, a entrada de reformador e asaída de reformador;em que o material de embalagem inerte é dimensionado eposicionado com cada um dos diversos tubos para propiciarum fluxo turbulento dentro da primeira corrente, o materialde embalagem compreendendo bolas cerâmicas, cilindros,descansos, pelotas, pedras naturais, cascalho, ou umacombinação destes que possuem diâmetros entreaproximadamente 8 mm a aproximadamente 50 mm; e em que ostubos estão em comunicação térmica com uma fornalha doreformador de vapor;(ii) aquecer pelo menos uma porção da referidaprimeira corrente dentro do referido pelo menos um tubopara produzir uma segunda corrente que compreendeessencialmente 100% em peso de vapor em uma temperatura deaproximadamente 760°C ou superior e em uma pressão de 1.150kPa ou superior de modo que a composição molecular daprimeira corrente seja idêntica á composição molecular dasegunda corrente; e(iii) remover a referida segunda corrente da referidasaída do referido reformador de vapor.

25. Sistema para produzir vapor, caracterizado pelofato de compreender:fornecer uma primeira corrente para um reformador devapor em que a primeira corrente.compreende essencialmente-100% em peso de água;possuir uma temperatura de aproximadamente 185°C ousuperior e uma pressão de aproximadamente 1.150 kPa ousuperior, em que pelo menos 80% em peso da primeiracorrente esteja na forma de vapor;meios para aquecer a primeira corrente no reformadorde vapor para produzir uma segunda corrente que possui umatemperatura mais elevada do que a primeira corrente em quea composição molecular da primeira corrente é idêntica ãcomposição molecular da segunda corrente; emeios para remover a segunda corrente de uma saida doreformador de vapor.

26. Reformador de vapor para produzir vapor,caracterizado pelo fato de compreender uma entrada dereformador em comunicação de fluido com uma saída dereformador, e diversos tubos posicionados entre, e emcomunicação de fluido com, a entrada de reformador e asaída de reformador;em que o material de embalagem está dimensionado eposicionado com cada um dos diversos tubos para propiciarum fluxo turbulento dentro da primeira corrente, o materialde embalagem compreendendo bolas cerâmicas, cilindros,descansos, pelotas, pedras naturais, cascalho, ou umacombinação destes que possuem diâmetros entreaproximadamente 8 mm a aproximadamente 50 mm; eem que os tubos estão em comunicação térmica com umafornalha do reformador de vapor.