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BRPI0812509B1 - aparelho reformador e método - Google Patents

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BRPI0812509B1
BRPI0812509B1 BRPI0812509A BRPI0812509A BRPI0812509B1 BR PI0812509 B1 BRPI0812509 B1 BR PI0812509B1 BR PI0812509 A BRPI0812509 A BR PI0812509A BR PI0812509 A BRPI0812509 A BR PI0812509A BR PI0812509 B1 BRPI0812509 B1 BR PI0812509B1
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BR
Brazil
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stream
reformer
fuel
air
syngas
Prior art date
Application number
BRPI0812509A
Other languages
English (en)
Inventor
Johnston Anthony
Original Assignee
Meggitt (Uk) Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Meggitt (Uk) Ltd filed Critical Meggitt (Uk) Ltd
Publication of BRPI0812509A2 publication Critical patent/BRPI0812509A2/pt
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Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "APARELHO REFORMADOR E MÉTODO".
Campo da Invenção A presente invenção refere-se a aparelhos e métodos para a reforma de hidrocarbonos gasosos e mais particularmente se refere a aparelhos e métodos de baixo coque, baixa formação de pó de metal e alta eficiência para a reforma de hidrocarbonos gasosos. A reforma de vapor é uma reação catalítica na qual uma mistura de vapor e hidrocarbonos gasosos é exposta a um catalisador em altas temperaturas para produzir uma mistura de óxidos de carbono e hidrogênio, co-mumente conhecida como syngas. Syngas pode ser adicionalmente convertido em uma ampla faixa de produtos químicos de volume e especialização, incluindo hidrogênio, metanol, amônia, combustíveis de transporte e lubrificantes.
As reações químicas envolvidas na reforma de vapor têm sido bem conhecidas por muitos anos. Na verdade, a reforma de vapor tem sido utilizada pela indústria desde os anos 30 e a reforma de vapor de gás natural tem sido o método dominante da produção de hidrocarbono desde os anos 60, quando a operação de alta pressão foi introduzida.
Dois problemas em potencial que surgem com as reações de reforma incluem a formação de pó de metal e coque, que podem resultar em ineficiências de processo e falha de equipamento. A formação de pó de metal ocorre quando a combinação da temperatura, pressão e composição dentro de um ambiente gasoso carbonáceo leva à degradação corrosiva das ligas em pó. As condições de formação de pó de metal podem ser difíceis de evitar nos sistemas de reforma e, dessa forma, a formação de pó de metal é uma ameaça constante. O coque ocorre quando os hidrocarbonos gasosos racham para produzir um material carbonáceo sólido que pode obstruir ou danificar o percurso de fluxo, o que pode levar a ineficiências de transferência de calor e conversa e falha de equipamento.
Reformadores de vapor industriais são convencionalmente de construção tubular, empregando vários tubos metálicos grandes empacota- dos com o catalisador de reforma. A mistura de hidrocarbono/alimentação de vapor flui através dos tubos, entrando em contato com os catalisadores e sofrendo conversão para syngas. Visto que as reações de reforma são endo-térmicas, o calor deve ser suprido para manter as temperaturas de reforma necessárias (geralmente acima de 800 C). Nos sistemas de reforma tubular convencionais, isto é realizado pela colocação de tubos em um forno de combustão, normalmente que sofrem ignição por gás natural, onde o calor é transmitido para os tubos por uma combinação de transferência de calor convectiva e radiante.
Dessa forma, a operação bem-sucedida de um reformador tubular se baseia na manutenção de um equilíbrio um tanto quanto delicado entre as reações de reforma endotérmica dentro dos tubos e a transferência de calor para os tubos a partir da combustão do forno. O fluxo de calor através das paredes do tubo deve ser suficientemente alto para manter as temperaturas necessárias para as reações de reforma, mas não tão alto de forma a aumentar as temperaturas da parede metálica excessivamente (acompanhada por redução de resistência) ou dar lugar a coque do hidrocarbono em pontos quentes dentro dos tubos. Portanto, a operação dos reformadores tubulares deve ser submetida a um controle rígido.
Enquanto reformadores tubulares de grande escala têm sido muito bem-sucedidos tanto técnica quanto economicamente, os reformadores tubulares em menor escala são menos bem-sucedidos. Entre outras coisas, os custos de fabricação, instalação, manutenção e operação dos reformadores tubulares em uma escala menor não são atraentes.
Os usuários menores de produtos a jusante de syngas tal como hidrogênio, amônia e etanol, portanto, não acharam interessante se estabelecer as instalações de produção no local para esses produtos. Ao invés disso, os mesmos se baseiam geralmente em distribuição por caminhões de cilindros do produto a partir de produtos em larga escala. Essa solução está se tornando menos atraente à medida que o preço dos combustíveis de transporte aumenta. Além disso, muitos desses usuários com acesso ao gás natural preferem ter as instalações de produção no local não apenas para evitar os custos de transporte, mas também para melhorar a confiabilidade de seu suprimento. Adicionalmente, muito do suprimento mundial de gás natural se baseia em pequenos campos em regiões remotas não servidas por tubulações para o mercado de gás natural. O teor de energia desse chamado "gás stranded" pode ser mais facilmente transportado para o mercado se o gás for primeiramente convertido em líquidos tal como metanol e hidrocarbonos de correntes longas, que podem ser produzidos a partir de syngas.
Portanto, existe a necessidade de se produzir syngas em uma escala menor do que foi econômica e praticamente possível com os sistemas tubulares convencionais, e essa necessidade deve aumentar. Existem desafios consideráveis, no entanto: um sistema de escala menor deve ser razoavelmente proporcional à instalação de grande escala em custo inicial, e os custos operacionais também devem ser proporcionais à escala de produção. Os custos operacionais baixos exigem uma eficiência de alta energia, minimizando os custos do gás natural, simplicidade de operação e minimiza-ção ou prevenção da necessidade de atenção para operadores de instalações de tempo integral.
Enquanto a quantidade de calor necessária pelas reações de reforma é fixa por termodinâmica, a eficiência geral da utilização de energia na fábrica depende da eficiência com a qual o calor é recuperado a partir das correntes de syngas quente e combustão de combustível quente para preaquecer as alimentações firas para temperaturas de reforma e elevar o vapor necessário. Os permutadores de calor efluente de alimentação de alta eficiência e o uso de pré-reformadores aquecidos por combustão podem auxiliar a esse respeito. Importante, enquanto os sistemas de reforma em grande escala podem reivindicar os créditos por eficiência de energia para o conteúdo de energia do excesso de vapor exportado para outros processos no local, os sistemas de reforma de pequena escala não devem ter um destino de exportação disponível para o vapor excessivo e, dessa forma, sua produção não melhora a eficiência.
Ambos os custos de capital inicial e a simplificada operacional podem ser melhorados pela minimização do uso de controle ativo, utilizando, ao invés disso, técnicas de controle passivo onde possível. Por exemplo, a divisão adequada de uma única corrente para passar para vários componentes conectados em paralelo pode ser alcançada pela disposição de quedas de pressão relativa adequadas através desses componentes, sem o uso de válvulas de controle. Como um exemplo adicional, a temperatura de uma corrente que sai de um permutador de calor pode ser mantida dentro de limites pela disposição para o permutador de calor para operar com um estreitamento de temperatura pequeno.
Uma consideração adicional nos sistemas de escala menor é que o usuário pode não operar continuamente em ou perto da capacidade total da fábrica, em contraste com as fábricas de grande escala. Portanto, a modulação do rendimento através de uma ampla faixa deve ser alcançável e sujeita à automação, como os procedimentos de inicialização e desligamento rápidos. O reformador de escala menor também deve minimizar as exigências de manutenção.
Dessa forma, existe a necessidade de um processo e aparelho de reforma de escala menor que realize o objetivo de ser competitivo em termos de custo de capital e operacional com os sistemas de grande escala como resultado da simplicidade do controle, monitoramento e manutenção juntamente com a alta eficiência de energia.
Breve Sumário Em algumas modalidades, um processo e/ou aparelho de reforma de vapor de hidrocarbono gasosa pode ser projetado para limitar a ocorrência de condições de formação de pó de metal em partes localizadas do aparelho ou processo. Em algumas modalidades, as partes localizadas do aparelho ou processo às quais a ocorrência de condições de formação de pó de metal estão limitadas podem incluir um preaquecedor de combustível no qual uma mistura de combustível/ar é parcialmente comburada para aquecer uma corrente de combustível a partir de debaixo da temperatura de formação de pó de metal para acima da temperatura de formação de pó de metal.
Em algumas modalidades, as partes localizadas do aparelho ou processo às quais a ocorrência de condições de formação de pó de metal estão limitadas podem incluir um preaquecedor de ar no qual uma mistura de combustível/ar é comburada para aquecer uma corrente de ar a partir de abaixo da temperatura de formação de pó de metal para acima da temperatura de formação de pó de metal. Em algumas modalidades, as partes localizadas do aparelho ou processo às quais a ocorrência de condições de formação de pó de metal estão limitadas podem incluir uma parte de tubulação adjacente a um permu-tador de calor de resfriamento onde uma parte da corrente de syngas formada durante o processo de reforma é resfriado a partir de acima da temperatura de formação de pó de metal para abaixo da temperatura de formação de pó de metal. Em algumas modalidades, as partes localizadas do aparelho ou processo às quais a ocorrência das condições de formação de pó de metal são limitadas e podem incluir uma parte de tubulação de processo onde o syngas resfriado é misturado com uma segunda parte do syngas que ainda não foi resfriada.
De acordo, em algumas modalidades, o processo de reforma de vapor de hidrocarbono gasoso, pode incluir: a) preaquecimento de uma ou mais correntes de ar para formar uma ou mais correntes de ar preaquecido; b) combinação de pelo menos uma corrente de ar com uma parte de pelo menos uma corrente de combustível para formar uma mistura de combustível/ar possuindo uma temperatura abaixo das condições de formação de pó de metal; c) combustão parcial do combustível em uma parte da mistura de combustível/ar para formar uma corrente de combustível aquecida possuindo uma temperatura acima das condições de formação de pó de metal para uso em um ou mais estágios do reformador; d) combustão de uma parte de mistura de combustível/ar na presença de pelo menos uma das correntes de ar preaquecidas para formar uma corrente de ar aquecida possuindo uma temperatura acima das condições de formação de pó de metal para uso na reforma para uso em um ou mais estágios do reformador; e) aquecimento de uma ou mais correntes de água para formar vapor; f) mistura do vapor com uma ou mais correntes de hidrocarbono gasoso para formar uma corrente de vapor de hidrocarbono gasoso; g) aquecimento e reforma parcial da corrente de vapor de hidrocarbono gasoso em um ou mais dos estágios de pré-reforma para formar uma corrente de reformador, onde por todos os um ou mais estágios de pré-reforma, a corrente de vapor de hidrocarbono gasoso possui uma combinação de temperatura e composição que evita a formação de pó de metal e condições de coque; h) reforma da corrente de reforma em um ou mais estágios de reformador para formar uma corrente de syngas e uma corrente de gás de combustão, onde por todos os um ou mais estágios de reforma a corrente do reformador possui uma combinação de temperatura e composição que evita as condições de formação de pó de metal e coque; i) recuperação de calor a partir da corrente de gás de combustão para fornecer calor para os estágios de pré-reforma na etapa g) e fornecer o preaquecimento para a corrente de água; e j) recuperação do calor a partir da corrente de syngas para prea-quecer a corrente de ar a partir da etapa a) e para fornecer calor para formar vapor na etapa e).
Em algumas modalidades, o processo ou aparelho compreende um processo ou aparelho para a reforma de vapor de hidrocarbonos gasosos para produzir syngas onde a taxa de alimentação do hidrocarbono gasoso é de 1 a 10.000 metros cúbicos padrão por hora ("SCMH"). Em algumas modalidades, o processo ou aparelho é configurado para minimizar, evitar ou localizar a ocorrência de condições de formação de pó de metal e/ou coque por todo o processo de reforma de vapor. Preferivelmente, o processo ou aparelho é configurado para evitar as condições de formação de pó de metal nos permutadores de calor, estágios de reforma e estágios de pré-reforma do processo ou aparelho. Preferivelmente, o processo ou aparelho é configu- rado para evitar condições de coque nas correntes de alimentação de combustível, nos estágios de pré-reforma e reforma e/ou nas correntes de syngas.
Em algumas modalidades, o processo ou aparelho compreende um processo ou aparelho para a reforma de vapor de hidrocarbonos gasosos para produzir syngas, onde o processo possui uma conversão de hidro-carbono de mais de 50% e menos de 95%. Em algumas modalidades, o processo ou aparelho compreende um processo ou aparelho para a reforma de vapor de hidrocarbonos gasosos para produzir syngas, onde o processo possui uma eficiência de energia de mais de 50%. Em algumas modalidades, o processo ou aparelho compreende um processo ou aparelho para a reforma de vapor de hidrocarbonos gasosos, onde todo o vapor necessário para o processo é gerado e utilizado dentro do processo, isto é, não há exportação de vapor de ou importação de vapor para dentro do processo.
Em algumas modalidades, um processo ou aparelho para a reforma de vapor de hidrocarbonos gasosos compreende um sistema de controle de fluxo passivo pelo qual a quantidade adequada de combustível e ar é distribuída para vários pontos no processo, tal como preaquecedores, estágios de pré-reforma e/ou estágios de reforma por meio de equilíbrio de queda de pressão dentro dos permutadores de calor, estágios de pré-reformador e/ou estágios de reformador.
Em geral, a reforma de vapor das correntes de hidrocarbono gasoso é considerada como envolvendo as seguintes reações: (1) e (2) A equação (1) é reduzida para: (3) onde o hidrocarbono gasoso é metano.
Breve Descrição dos Desenhos A figura 1a ilustra um esquema de uma modalidade de um sistema de reforma. A figura 1b ilustra um esquema de uma configuração alternativa para uma parte do sistema de reforma de acordo com a figura 1a, figura 5 e figura 7.
As figuras 2a a c ilustram esquemas de placas que podem ser utilizadas para formar uma modalidade do permutador de calor de recuperação de calor de syngas 110 como identificado na figura 1a.
As figuras 3a e b ilustram esquemas das placas que podem ser utilizadas para formar uma modalidade do permutador de calor 164 como identificado na figura 1a, figura 5 e figura 7.
As figuras 4a a d ilustram esquemas de placas que podem ser utilizadas para formar uma modalidade do permutador de calor 166 como identificado na figura 1a, figura 5 e figura 7. A figura 5 ilustra um esquema de uma modalidade alternativa de um sistema de reforma.
As figuras 6a a c ilustram esquemas de placas que podem ser utilizadas para formar uma modalidade de permutador de calor de recuperação de calor de syngas 510 como identificado na figura 5. A figura 7 ilustra um esquema de uma modalidade alternativa de um sistema de reforma. A figura 8 ilustra um esquema para uma modalidade do módulo de reformador 150 como identificado na figura 1a, na figura 5 e na figura 7 incluindo um reformador e pré-reformador;
As figuras 9a a e ilustram esquemas de placas que podem ser utilizadas para formar uma modalidade de um pré-reformador.
As figuras 10a e b ilustram esquemas das placas que podem ser utilizadas para formar uma célula em um pré-reformador.
As figuras 11a a f ilustram esquemas de placas que podem ser utilizadas para formar uma modalidade de um reformador.
As figuras 12a a d ilustram esquemas de placas que podem ser utilizadas para formar uma célula em um reformador.
As figuras 13a e b ilustram uma vista inferior de uma pilha de placas formando um pré-formador (figura 13a) e reformador (figura 13b). A figura 14 ilustra tendências desejadas dos perfis de temperatu- ra para a corrente de ar do reformador e a corrente do reformador em uma modalidade. A figura 15 ilustra uma modalidade de uma rede de resistência ao fluxo para as correntes de ar e combustível em um sistema de reforma.
As figuras 16a a d ilustram esquemas de placas que podem ser utilizadas para formar uma modalidade de um reformador. A figura 17 ilustra uma distribuição de temperatura de syngas simulada para um permutador de calor de fluxo cruzado de reformador sem levar em consideração a condução de parede. A figura 18 ilustra uma distribuição de temperatura de syngas simulada para um permutador de calor de fluxo cruzado de reformador levando em consideração a condução de parede. A figura 19 ilustra um gráfico de curvas de entalpia de temperatura quente e fria compostas para as correntes de processo em uma modalidade de um sistema reformador. A figura 20 ilustra uma vista em perspectiva dianteira de uma configuração parcial para uma modalidade de um sistema reformador 100. A figura 21 ilustra uma vista em perspectiva traseira de uma configuração parcial para uma modalidade de um sistema reformador 100 ilustrado na figura 20.
Definições Condições de formação de pó de metal: a combinação da temperatura e composição dentro de um ambiente gasoso carbonáceo que leva à degradação corrosiva dos materiais estruturais e ligas em pó. Em geral, a formação de pó de metal ocorre em temperaturas intermediárias entre 400°C e 800°C e onde a atividade do carbono na fase gasosa ("ac") é superior a 1. Visto que a formação de pó de metal é um resultado de uma combinação de temperatura e composição em uma determinada corrente, essas variáveis podem ser manipuladas para evitar ou reduzir a ocorrência de condições de formação de pó de metal. De acordo, para algumas composições, o limite superior para a formação de pó de metal pode ser inferior a 800°C tal como 700°C ou 750°C e o limite inferior pode ser superior a 400°C tal como 420°C ou 450°C. Dessa forma, deve-se compreender que 400°C a 800°C deve ser uma regra geral, mas existe outras exceções e as condições de formação de pó de metal podem envolver a combinação de composição e temperatura. De acordo, quando esse pedido menciona que as "condições de formação de pó de metal são evitadas ou reduzidas" e similares, pretende-se que a combinação das variáveis que podem levar às condições de formação de pó de metal sejam evitadas ou reduzidas pela manipulação da temperatura, composição ou ambas.
Enquanto não se deseja estar limitado a qualquer teoria, a formação de pó de metal é considerada, em sua maior parte, o resultado das seguintes reações: (4) ; e (5) De acordo, as condições de formação de pó de metal podem ser evitadas ou reduzidas pela manipulação da temperatura e/ou composição de uma corrente gasosa para evitar essas situações de reação e para evitar condições nas quais ac>1. Alternativa mente, o processo e/ou aparelho pode ser projetado para limitar a ocorrência das condições de formação de pó de metal em pontos localizados do processo e/ou aparelho para minimizar as exigências de reparo, minimizar a dificuldade e o custo de reparo e minimizar as exigências de uso de ligas ou materiais revestidos onerosos que são resistentes à formação de pó de metal.
Materiais resistentes à formação de pó de metal: os materiais resistentes à formação de pó de metal são materiais que resistem à degradação corrosiva quando expostos às condições de formação de pó de metal. Quaisquer materiais que sejam resistentes à formação de pó de metal e que sejam adequados para as condições de processo relevantes tal como temperatura e pressão podem ser utilizados. Em algumas modalidades, os materiais resistentes à formação de pó de metal podem ser Liga 617, Liga 617 revestida com um revestimento de aluminide ou Liga 800H revestida com um revestimento de aluminide. O revestimento de aluminide pode ser formado pela deposição de alumínio na superfície do material, difundindo o mesmo na liga a altas temperaturas e oxidando o mesmo.
Catalisadores: Em geral, quando o termo catalisador é utilizado aqui com relação à reforma e combustão de leitos ou câmaras, pretende-se incluir qualquer catalisador adequado, tal como qualquer catalisador de metal precioso ou não precioso ou misturas e combinações dos mesmos, que podem ser um catalisador estruturado ou não estruturado e podem ser um catalisador suportado ou não suportado, catalisadores não estruturados adequados podem incluir catalisadores particulados porosos que podem ter o tamanho otimizado para alcançar a reação ou combustão de reforma desejada, enquanto mantém a queda de pressão desejada dentro da corrente relevante. Catalisadores estruturados adequados podem ser revestidos em um entrelaçamento de fio metálico ou suporte de folha metálica ou em uma matriz cerâmica. Em algumas modalidades, o catalisador pode compreender um catalisador metálico compreendendo um metal selecionado a partir de: ouro, prata, platina, paládio, rutênio, ródio, ósmio, irídio, ou rênio ou combinações de um ou mais dos mesmos. Em algumas modalidades, o catalisador pode ser um catalisador de platina/paládio em um suporte washcoat de alumina revestido em uma matriz de folha metálica de fecralloy (ferro-cromo-alumínio).
Alternativamente, quando da utilização do termo catalisador para se referir a um catalisador de reação de mudança de água-gás, pretende-se incluir qualquer catalisador adequado, tal como o um catalisador metálico não precioso ou precioso ou misturas e combinações dos mesmos, que podem ser um catalisador estruturado ou não estruturado e podem ser um catalisador suportado ou não suportado. Catalisadores não estruturados adequados podem incluir catalisadores particulados porosos que podem ter seu tamanho otimizado para alcançar a reação de mudança de água para gás desejada, enquanto mantêm a queda de pressão desejada dentro da corrente relevante. Os catalisadores estruturados adequados podem ser revestidos em um entrelaçamento de fio metálico ou suporte de folha metálica ou em uma matriz cerâmica.
Descrição das Figuras Em algumas modalidades, o processo ou aparelho compreende um processo ou aparelho para a reforma de vapor de hidrocarbonos gasosos para produzir syngas onde a taxa de alimentação do hidrocarbono gasoso é de 1 a 10.000 metros cúbicos parado por hora ("SCMH"), tal como de 2 a 500 SCMH, tal como de 1 a 10, de 10 a 100, de 100 a 1000, de 1000 a 10.000, de 10 a 4000, de 15 a 3000, de 20 a 2000, 30 a 1000, de 40 a 500, de 50 a 250 ou de 60 a 100 SCMH.
Em algumas modalidades, um processo ou aparelho para a reforma de vapor dos hidrocarbonos gasosos para produção de syngas pode ter uma conversão de hidrocarbono de 50% ou superior tal como de 50% a 95%, tal como de 55% a 90%, de 60% a 85%, de 65% a 80%, ou de 70% a 75%.
Em algumas modalidades, um processo ou aparelho para a reforma de vapor de hidrocarbonos gasosos para produção de syngas pode ter uma eficiência de energia de 50% para 90%, tal como de 55% a 85%, de 60% a 80% ou de 65% a 75% quando calculado de acordo com a equação a seguir: onde LHVs = a quantidade de calor liberado por mole (ou por kg) pela combustão do produto de syngas, excluindo calor latente em água;
Ms = a quantidade de calor liberado por mole (ou por kg) pela combustão de combustível, excluindo o calor latente em água; LHVf = a quantidade de calor liberado por mole (ou por kg) pela combustão de combustível, excluindo o calor latente em água;
Mf = a taxa de fluxo molar (ou massa) de combustível; LHBmg = a quantidade de calor liberado por mole (ou por kg) pela combustão de gás natural, excluindo o calor latente em água; e Mmg = taxa de fluxo molar (ou massa) de gás natural.
Em algumas modalidades, o processo ou aparelho compreende um processo ou aparelho para a reforma de vapor de hidrocarbonos gaso- sos possuindo as eficiências descritas acima e onde todo o vapor necessário para o processo é gerado e utilizado dentro do processo, isto é, não existe exportação de vapor a partir de ou importação para dentro do processo.
Em algumas modalidades, o processo ou aparelho é configurado para minimizar, evitar ou localizar a ocorrência de formação de pó de metal e/ou condições de coque. Preferivelmente, o processo ou aparelho é configurado para evitar as condições de formação de pó de metal nos permutado-res de calor, estágios de pré-reforma e/ou estágios de reforma do processo ou aparelho. Preferivelmente, o processo ou aparelho é configurado para evitar as condições de coque nas correntes de alimentação de hidrocarbono gasoso, correntes de alimentação de combustível, e estágios de pré-reforma e reforma, e/ou nas correntes de syngas. Em algumas modalidades, o processo e/ou aparelho pode ser projetado para limitar a ocorrência de condições de formação de pó de metal em pontos localizados ou componentes do processo e/ou aparelho, tal como em pontos localizados do processo ou aparelho que podem ser projetados ou construídos a partir de materiais protegidos e resistentes à formação de pó de metal e/ou configurados para o reparo e/ou substituição fácil e/ou econômicos.
Em algumas modalidades, o processo ou aparelho de reforma de vapor de hidrocarbonos gasosos compreende um sistema de controle de fluxo passivo pelo qual a quantidade adequada de combustível e ar são distribuídas para vários pontos no processo, tal como os estágios de preaque-cedor e combustão do sistema de reforma por meio de equilíbrio de queda de pressão dentro dos permutadores de calor, estágios de pré-reforma e/ou estágios de reforma.
Em algumas modalidades, o processo de reforma de vapor de hidrocarbono gasoso compreende: a combustão parcial do combustível em uma primeira corrente de mistura de combustível e ar para aquecer a primeira corrente de mistura de combustível e ar para uso durante a reforma da corrente de vapor de hidrocarbono gasoso; a combustão de uma segunda corrente de mistura de combustí- vel e ar para aquecer uma corrente de ar para uso durante a reforma da corrente de vapor de hidrocarbono gasoso; e a reforma do vapor de hidrocarbono gasoso para formar uma corrente de syngas e uma corrente de gás de combustão. A combustão parcial pode compreender a oxidação catalítica de pelo menos uma parte do combustível na primeira corrente de mistura de combustível e ar para fornecer uma corrente de combustível aquecida. A combustão parcial pode utilizar todo ou substancialmente todo o ar na primeira corrente de mistura de combustível e ar. Depois da combustão parcial, a corrente de combustível aquecida pode ser fornecida para um ou mais estágios reformadores para combustão adicional para aquecer ou reaquecer uma ou mais correntes de ar. A combustão da segunda corrente de mistura de combustível e ar pode compreender a oxidação catalítica de todo ou substancialmente todo o combustível na segunda corrente de mistura de combustível e ar para fornecer uma corrente de ar aquecida. A corrente de ar aquecida pode ser fornecida para um ou mais estágios reformadores para fornecer calor para a corrente de vapor de hidrocarbono gasoso sendo reformada. A corrente de ar resfriado resultante pode então ser aquecida ou reaquecida, por exemplo, pela combustão de uma parte da corrente de combustível aquecida na presença da corrente de ar resfriada.
Em algumas modalidades, a reforma inclui a pré-reforma da corrente de vapor de hidrocarbono gasoso para formar uma corrente de reformador, antes de reformar a corrente de reformador. Em algumas modalidades, a reforma inclui a redução da formação de pó de metal e/ou coque durante a reforma pelo aquecimento e pré-reforma da corrente de vapor de hidrocarbono gasoso em múltiplos estágios de pré-reforma para formar uma corrente reformadora, antes da reforma da corrente reformadora. Em algumas modalidades, a pré-reforma inclui a reforma parcial de uma parte da corrente de vapor de hidrocarbono gasoso. Em algumas modalidades, a reforma parcial inclui múltiplos estágios de pré-reforma, cada estágio incluindo a) o aquecimento da corrente de vapor de hidrocarbono gasoso seguido por b) reforma catalítica parcial da corrente de vapor de hidrocarbono gasoso. O aquecimento pode incluir a recuperação de calor de uma corrente de gás de combustão do processo de reforma. O número de estágios de pré-reforma pode ser de 1 a 10 tal como de 2 a 7 ou de 3 a 5 estágios de pré-reforma. Em algumas modalidades, a pré-reforma é realizada em múltiplos estágios para ajudar a evitar ou reduzir as condições de coque durante a pré-reforma e reforma. Em algumas modalidades, as condições de coque são evitadas ou reduzidas durante a pré-reforma pela alteração da composição e/ou temperatura da corrente de vapor de hidrocarbono gasoso. Em algumas modalidades, a pré-reforma é conduzida em um reator de circuito impresso ("P-CR"). A corrente reformadora pode ser reformada em um ou mais estágios de reforma catalítica. Em algumas modalidades, a reforma é conduzida em um PCR. Em algumas modalidades, a reforma compreende de 1 a 40 estágios de reforma, tal como de 2 a 35 estágios, de 3 a 30 estágios, de 5 a 25 estágios, de 8 a 20 estágios ou de 10 a 15 estágios de reforma catalítica. Em algumas modalidades, a reforma da corrente de vapor de hidrocarbono gasoso inclui pelo menos três estágios de: i) aquecimento da corrente reformadora pela recuperação de calor de uma corrente de ar aquecida em um permutador de calor para formar uma corrente reformadora aquecida e uma corrente de ar resfriada; ii) reforma de pelo menos uma parte da corrente reformadora aquecida; e iii) combustão de uma parte de uma corrente de mistura de combustível e ar comburada parcialmente na presença da corrente de ar resfriada para reaquecer a corrente de ar resfriada.
Em algumas modalidades, o aquecimento da corrente do reformador inclui a recuperação de calor em um permutador de calor de uma corrente de ar aquecida, tal como a corrente de ar aquecida criada pela combustão da segunda corrente de mistura de combustível e ar, ou a corrente de ar aquecida criada pela combustão de uma parte da corrente de mistura de combustível e ar parcialmente comburada na presença de uma corrente de ar resfriada para reaquecer a corrente de ar resfriada. Em algumas modali- dades, o permutador de calor pode compreender um permutador de calor de fluxo simultâneo, de fluxo cruzado ou de fluxo contrário. Preferivelmente, o permutador de calor compreende um permutador de calor de fluxo cruzado. Em algumas modalidades, o permutador de calor compreende um permutador de calor de circuito impresso. Preferivelmente a queda de pressão através do permutador de calor para a corrente de ar aquecida é inferior a 10 kPa (0,1 bar), tal como inferior a 9 kPa (0,09 bar), inferior a 7 kPa (0,07 bar), inferior a 6 kPa (0,06 bar) ou inferior a 5 kPa (0,05 bar). Em algumas modalidades, a queda de pressão através do permutador de calor para a corrente do reformador é inferior a 50 kPa (0,5 bar), tal como, por exemplo, inferior a 40 kPa (0,4 bar), inferior a 30 kPa (0,30 bar), inferior a 20 kPa (0,2 bar) ou inferior a 10 kPa (0,1 bar). A reforma de pelo menos uma parte da corrente do reformador aquecida pode incluir a reforma catalítica de uma parte da corrente de reformador aquecida para produzir syngas. A reforma pode ser conduzida através de uma série de estágios de reforma catalítica para maximizar a conversão de hidrocarbono, enquanto reduz ou evita as condições de coque na corrente de reformador no reformador. Preferivelmente, a conversão do hidrocarbono gasoso ocorre de acordo com a equação (1). Adicionalmente, a produção adicional de hidrocarbono pode ocorrer através da reação de mudança de água para gás como se segue: (6). que pode se aproximar do equilíbrio durante a reforma e pré-reforma.
Em algumas modalidades, a combustão de uma parte da corrente de mistura de combustível e ar parcialmente comburada na presença da corrente de ar resfriada para reaquecer a corrente de ar resfriada inclui a combustão catalítica de uma parte da corrente de mistura de combustível e ar parcialmente comburada na presença da corrente de ar resfriada. Em algumas modalidades, a parte da corrente de mistura de combustível e ar parcialmente comburada é suprida separadamente para as câmaras de combustão catalítica de uma parte de, ou todos os estágios de reformador. Em algumas modalidades, a parte da corrente de mistura de combustível e ar parcialmente comburada suprida para os estágios de reformador é a mesma quantidade da corrente de mistura de combustível e ar parcialmente comburada para cada estágio do reformador suprida.
Em outras modalidades, a parte da corrente de mistura de combustível e ar parcialmente comburada suprida para os estágios do reformador varia dependendo do estágio suprido. Em algumas modalidades, a quantidade de mistura de combustível e ar parcialmente comburada suprida para uma ou mais das etapas de combustão dos segundo estágio e estágios subsequentes do reformador pode ser inferior à suprida para um ou mais dos estágios anteriores. Por exemplo, em algumas modalidades, a quantidade de corrente de mistura de combustível e ar parcialmente comburada suprida pode ser reduzida sucessivamente para cada estágio de reforma e em algumas modalidades, um ou mais estágios posteriores da reforma podem não ter qualquer parte da corrente de mistura de combustível e ar parcialmente comburada suprida para os mesmos. Preferivelmente, a quantidade de mistura de combustível e ar parcialmente comburada suprida para os estágios de reformador é reduzida para cada estágio sucessivo e pode ser igual a zero para um ou mais estágios. A parte da corrente de mistura de combustível e ar parcialmente comburada suprida para cada estágio de reforma pode ser controlada utilizando controles ativos ou passivos. Preferivelmente, a parte da corrente de mistura de combustível e ar parcialmente comburada suprida para cada estágio de reforma é controlada utilizando-se o controle de fluxo passivo. Tal controle de fluxo passivo pode ser realizado pelo equilíbrio de quedas de pressão nas correntes de combustível, correntes de ar, correntes de mistura de combustível e ar e/ou suas correntes componentes por todo o reformador e os componentes de permuta de calor do processo de reforma.
Depois de o último estágio de reforma ter sido completado, duas correntes deixam o reformador a partir de onde o calor pode ser recuperado. A primeira corrente é a corrente syngas, que é a corrente de vapor de hidro-carbono gasoso reformada. A segunda corrente é a corrente de gás que é a corrente de ar deixando o último permutador de calor a partir do último está- gio de reformador. Cada uma dessas correntes está em temperaturas relativamente altas.
Em algumas modalidades, o processo ou aparelho alcança a eficiência descrita aqui em parte pela recuperação do calor do gás de combustão e/ou das correntes de syngas que deixam os estágios do reformador. Em algumas modalidades, o calor é recuperado a partir da corrente de syngas que entra em uma ou mais correntes de alimentação de reação, tal como uma ou mais dentre: uma corrente de hidrocarbono gasoso, uma ou mais correntes de combustível, uma ou mais correntes de ar e uma ou mais correntes de água em um ou mais permutadores de calor. Em algumas modalidades, o calor é recuperado em um ou mais permutadores de calor a partir da corrente de gás de combustão para aquecer a corrente de vapor de hidrocarbono gasoso em um ou mais dos estágios pré-reformador. Em algumas modalidades, o calor é recuperado a partir da corrente de gás de combustão por ambas a corrente de vapor de hidrocarbono gasoso e uma ou mais correntes de água. Em algumas modalidades onde o calor é recuperado a partir da corrente de gás de combustão por ambas a corrente de vapor de hidrocarbono gasoso e uma ou mais correntes de água, a corrente de gás de combustão é aquecida antes da permuta de calor com a corrente de água pela combustão de uma parte de pelo menos uma corrente de combustível na presença da corrente de gás de combustão. Em algumas modalidades, a corrente de água recupera calor de ambas a corrente de gás de combustão e da corrente de syngas. Em algumas modalidades, o calor é recuperado a partir de pelo menos uma parte da corrente de syngas pelo resfriamento de pelo menos uma parte da corrente de syngas em um permutador de calor resfriado.
Em algumas modalidades, o processo de reforma de vapor de hidrocarbono gasoso compreende: a) o preaquecimento de uma ou mais correntes de ar para formar uma ou mais correntes de ar preaquecidas; b) a combinação de pelo menos uma corrente de ar com uma parte de pelo menos uma corrente de combustível para formar uma mistura de combustível e ar possuindo uma temperatura abaixo das condições de formação de pó de metal; c) a combustão parcial do combustível em uma parte da mistura de combustível e ar para formar uma corrente de combustível aquecida possuindo uma temperatura acima das condições de formação de pó de metal para uso em um ou mais estágios do reformador; d) a combustão de uma parte da mistura de combustível e ar na presença de pelo menos uma das correntes de ar preaquecidas para formar uma corrente de ar aquecida possuindo uma temperatura acima das condições de formação de pó de metal para uso em um ou mais estágios do reformador; e) o aquecimento de uma ou mais correntes de água para formar o vapor; f) a mistura do vapor com uma ou mais correntes de hidrocarbo-no gasoso para formar uma corrente de vapor de hidrocarbono gasoso; g) o aquecimento e a reforma parcial da corrente de vapor de hidrocarbono gasoso em um ou mais estágios de pré-reforma para formar uma corrente de reformador, onde por todos os um ou mais estágios de pré-formação a corrente de vapor de hidrocarbono gasoso possui uma combinação de temperatura e composição que evita a formação de pó de metal e condições de coque; h) a reforma da corrente de reformador em um ou mais estágios de reformador para formar uma corrente de syngas e uma corrente de gás de combustão, onde por todos os um ou mais estágios de reforma a corrente do reformador possui uma combinação de temperatura e composição que evita a formação de pó de metal e condições de coque; i) a recuperação de calor a partir da corrente de gás de combustão para fornecer calor para os estágios de pré-reforma na etapa g) e para fornecer o preaquecimento da corrente de água; e j) a recuperação de calor a partir da corrente de syngas para preaquecer a corrente de ar da etapa a) e para fornecer calor para formar a corrente na etapa e).
Em algumas modalidades, a corrente de ar é preaquecida pela recuperação de calor a partir da corrente de syngas em um permutador de calor. Dessa forma, pelo menos uma parte do calor restante na corrente de syngas pode ser recuperada, aperfeiçoando assim a eficiência do processo. A corrente de ar pode ser qualquer corrente de ar adequada, tal como uma corrente de ar de processo ou uma corrente de ar assoprada e pode ser condicionada ou não condicionada, tal como filtrada ou não filtrada, purificada ou não purificada, ou umectada ou não umectada.
Preferivelmente, a corrente de ar pode ser uma corrente de ar forçada fornecida a partir de um assoprador ou outra fonte de ar assoprado. Geralmente, é preferível que o ar seja suprido a uma pressão suficiente para as exigências de processo, enquanto não a uma pressão excessiva que possa causar a ineficiência no processo devido às exigências de energia de assoprador aumentadas. De acordo, o processo e aparelho são desejavel-mente configurados para minimizar a pressão de ar necessária no processo, que pode ser realizado evitando-se grandes quedas de pressão através dos componentes de processo, tal como permutadores de calor, válvulas e estágios de pré-reforma e reforma.
Em algumas modalidades a combinação de pelo menos uma corrente de ar com uma parte de pelo menos uma corrente de combustível para formar uma mistura de combustível e ar possuindo uma temperatura abaixo das condições de formação de pó de metal inclui a união de uma corrente de ar e uma corrente de combustível. Em algumas modalidades, a pelo menos uma corrente de ar é uma parte da corrente de ar discutida acima antes ou depois de a corrente de ar ser preaquecida. Em algumas modalidades, a pelo menos uma corrente de ar é uma parte da corrente de ar discutida acima antes do preaquecimento. Dessa forma, pode haver uma única corrente de ar fornecida para o sistema ou processo que pode ser dividida em duas ou mais correntes de ar antes ou depois do preaquecimento. Uma ou mais das correntes de ar podem ser preaquecidas nos mesmos permutadores de calor ou em permutadores de calor diferentes pela recuperação de calor a partir da corrente de syngas.
Em algumas modalidades, a corrente de combustível pode ser preaquecida pela recuperação de calor a partir da corrente de syngas, tal como em um permutador de calor. Em algumas modalidades, uma parte da corrente de combustível que é combinada com a pelo menos uma corrente de ar é preaquecida no mesmo permutador de calor no qual uma ou mais das correntes de ar descritas acima são preaquecidas. A corrente de combustível pode ser uma parte de qualquer corrente de alimentação de combustível de combustão para os processo de reforma de vapor, tal como as correntes de gás off-gas ou finais de um processo de adsorção de mudança de pressão (PSA), a partir de um processo de produção de metanol ou a partir de um processo de produção de amônia, ou pode ser uma mistura de um off-gas ou gás final com uma corrente de hidrocarbono gasoso ou correntes tal como correntes de gás natural, correntes de metano, correntes de propano, misturas de hidrocarbonos gasosos, gás de escapees de refinaria ou outros gás de escapees ou gases finais e misturas ou combinações dos mesmos. As condições durante o preaquecimento são preferivelmente mantidas para se reduzir ou evitar a formação de pó de metal e condições de coque na corrente de combustível e no permutador de calor. A pelo menos uma corrente de ar e a parte da corrente de combustível podem ser unidas de qualquer forma adequada, tal como pela união das correntes para formar uma única corrente utilizando um conector em Ύ" ou em "T" ou pela adição de uma corrente em outra corrente. Em algumas modalidades, a pelo menos uma corrente de ar e a parte da corrente de combustível podem ser unidas no permutador de calor pela combinação das correntes de permuta de calor das duas ou pela alimentação das correntes para a mesma saída de permutador de calor. Preferivelmente, a mistura de combustível e ar resultante é rica em combustível e capaz de realizar a combustão incompleta apenas devido à quantidade limitada de ar na corrente.
Em algumas modalidades, depois que a mistura de combustível e ar é formada, a mesma pode ser dividida em duas ou mais correntes utilizando qualquer mecanismo de divisão adequado, tal como uma conexão em Ύ" ou ..ρ. pe|0 menos uma parte (jg mjStUra de combustível e ar dividida pode ser parcialmente comburada, tal como comburada cataliticamente, para formar uma corrente de combustível aquecida, que pode ter uma temperatura acima das condições de formação de pó de metal. Preferivelmente, a combustão é parcial como resultado do ar limitado na mistura. Em algumas modalidades, a corrente de combustível aquecida pode conter substancialmente nenhum ar combustível e pode incluir combustível e subprodutos de combustão. Em algumas modalidades, durante a combustão da mistura de combustível e ar, a corrente experimenta a formação de pó de metal e/ou condições de coque. Em tais casos, os componentes da corrente associados com a combustão, incluindo a câmara de combustão, são preferivelmente construídos a partir de materiais resistentes à formação de pó de metal, tal como ligas resistentes à formação de pó de metal ou ligas que foram revestidas com revestimentos resistentes à formação de pó de metal e/ou são configurados para reparo, remoção e substituição fácil. Preferivelmente, a temperatura e composição da corrente de combustível aquecida, após a combustão, são adequadas para uso nos estágios do reformador sem qualquer modificação adicional e são de tal forma que a corrente de combustível aquecida não sofrerá as condições de formação de pó de metal e coque dentro dos estágios do reformador.
Uma segunda parte da mistura de combustível e ar pode ser comburada, tal como comburada cataliticamente na presença de uma corrente de ar preaquecida para formar uma corrente de ar aquecida para os estágios do reformador. Em algumas modalidades, a corrente de ar aquecida pode ter uma temperatura acima das condições de formação de pó de metal. Preferivelmente, o combustível na mistura de combustível e ar é completamente ou substancialmente completamente comburada para fornecer calor adicional para a corrente de ar preaquecida.
Em algumas modalidades, o aquecimento de uma ou mais correntes de água para formar vapor inclui a recuperação de calor de uma corrente de gás de combustão e/ou uma corrente de syngas. Em algumas modalidades, a recuperação de calor de uma corrente de syngas inclui a recu- peração de calor de uma corrente de syngas em dois pontos diferentes no processo de reforma de vapor de hidrocarbono gasoso, tal como um pouco depois de a corrente de syngas deixar os estágios de reformador e apenas um pouco antes de a corrente de syngas deixar o processo.
Em algumas modalidades, as uma ou mais correntes de água recuperam calor da corrente de gás em um permutador de calor depois de a corrente de gás de combustão ter deixado os estágios de reforma e pré-reforma, tal como pouco antes de a corrente de gás de combustão deixar o processo de reforma. Em algumas modalidades, a corrente de gás de combustão pode ser combinada com uma parte da corrente de combustível e/ou a corrente de hidrocarbono gasoso e então preaquecida por combustão, tal como combustão catalítica, a parte da corrente de combustível e/ou a corrente de hidrocarbono gasoso na presença da corrente de gás de combustão antes de entrar no permutador de calor, mas depois de a corrente de gás de combustão ter deixado os estágios de reforma e pré-reforma. Em outras modalidades, tal como nas modalidades onde a reforça é conduzida como um processo de reforma de alta temperatura, essa etapa de combustão pode não ser incluída ou utilizada.
Em algumas modalidades, a corrente de água recupera o calor de uma parte da corrente de syngas pouco depois de a corrente de syngas deixar os estágios de reformador, a recuperação ocorrendo em um permutador de calor resfriado no qual a corrente de syngas que entra eleva vapor pela permuta de calor com uma corrente de água em um permutador de calor que é submersa na água. Em tais modalidades, visto que o permutador de calor é submerso em água, as condições de formação de pó de metal são evitadas como resultado da temperatura relativamente constante do metal devido à fervura da água, em conjunto com a pressão insuficiente para dar vazão ao ponto de ebulição da água para temperaturas de formação de pó de metal. Apesar de o permutador de calor não sofrer das condições de formação de pó de metal, a corrente de syngas, pouco antes de entrar no permutador de calor resfriado, pode sofrer de tais condições. De acordo, essa parte da tubulação de syngas dentro de pelo menos cinco diâmetros de tubo da entrada até o permutador de calor é preferivelmente construída a partir de materiais resistentes à formação de pó de metal, tal como ligas resistentes à formação de pó de metal ou ligas que foram revestidas com revestimentos resistentes à formação de pó de metal e/ou que são configuradas para reparo e/ou remoção e substituição fáceis. Em algumas modalidades, toda a maior parte do vapor que surge e é utilizado no processo de reforma de vapor de hidrocarbono gasoso surge no permutador de calor resfriado. Em algumas modalidades, a corrente de syngas é dividida para formar uma primeira corrente de syngas e uma segunda corrente de syngas e o calor é recuperado no permutador de calor resfriado a partir de uma das primeira e segunda correntes de syngas.
Em algumas modalidades, a corrente de água recupera o calor da corrente de syngas pouco antes da corrente de syngas deixar o processo de reforma da corrente de hidrocarbono gasoso. Em algumas modalidades, essa recuperação de calor ocorre no mesmo permutador de calor que a recuperação de calor para as correntes de ar e combustível como discutido acima. Em outras modalidades, um permutador de calor separado é utilizado para a recuperação de calor dentro da corrente de água a partir da corrente de syngas pouco antes de a corrente de syngas deixar o processo de reforma de corrente de hidrocarbono gasoso.
Em algumas modalidades, depois de uma ou mais correntes de água terem sido aquecidas para produzir vapor, o vapor é misturado com uma ou mais correntes de hidrocarbono gasoso para formar uma corrente de vapor de hidrocarbono gasoso. A mistura pode ser realizada pela união de uma corrente de vapor com uma corrente de hidrocarbono gasoso para formar uma única corrente utilizando quaisquer meias adequados tal como a utilização de um conector em Ύ" ou "T" ou pela adição de uma corrente dentro da outra corrente. Em algumas modalidades, a corrente de hidrocarbono gasoso foi preaquecida, tal como preaquecida pela recuperação de calor a partir da corrente de syngas, tal como no mesmo permutador de calor ou em um permutador de calor diferente como a recuperação de calor para as correntes de ar e combustível discutidas acima. A corrente de hidrocar- bono gasoso pode ser qualquer corrente de hidrocarbono gasoso adequada para reforma de vapor, tal como gás natural, metano, propano, misturas de hidrocarbonos gasosos, gases de refinaria ou outros gases combustão e misturas ou combinações dos mesmos. Em algumas modalidades a razão do vapor para hidrocarbono gasoso na corrente de vapor de hidrocarbono gasoso pode ser indicada por uma razão de vapor para carbono. Em algumas modalidades, a razão do vapor para carbono na corrente do reformador pode ser de 1:1 para 12:1, tal como de 2:1 para 10:1 de 3:1 para 8:1 ou de 4:1 para 6:1.
Em algumas modalidades, a corrente de vapor de hidrocarbono gasoso é pré-reformada em um ou mais estágios de pré-reforma. Em algumas modalidades, os um ou mais estágios de pré-reforma incluem o aquecimento e reforma parcial da corrente de vapor de hidrocarbono gasoso para formar uma corrente de reforma. Em tais modalidades, a reforma parcial pode compreender um ou mais estágios de aquecimento da corrente de vapor de hidrocarbono gasoso pela recuperação de calor da corrente de gás de combustão seguido pela reforma catalítica parcial das correntes de vapor de hidrocarbono gasoso. Em algumas modalidades, pelo menos 2 estágios de pré-reforma são realizados, tal como de 2 a 10, de 3 a 10, de 4 a 8 ou de 5 a 7 estágios de pré-reforma, tal como 2 ou mais, 3 ou mais, 4 ou mais ou 5 ou mais estágios de pré-reforma. Em algumas modalidades, as condições de formação de coque são evitadas nos estágios de pré-reforma pela modificação da temperatura da corrente de vapor de hidrocarbono gasoso e/ou pela modificação da composição da corrente de vapor de hidrocarbono gasoso pelo aquecimento e reforma parcial da mesma para evitar tais condições. Adicionalmente, em algumas modalidades, os estágios de pré-reforma fornecem uma corrente de reformador para o primeiro estágio de reforma que evita as condições de formação de pó de metal e coque. A reforma do vapor de reformador em um ou mais estágios de reformador para formação de uma corrente de syngas e uma corrente de gás de combustão pode ser realizada como descrito em outro lugar aqui incluindo o controle da corrente de combustível aquecida suprida para os es- tágios individuais. Por exemplo, em algumas modalidades, a reforma pode ser realizada em um ou mais estágios de reformador, cada estágio compreendendo i) aquecimento da corrente de reformador pela recuperação de calor de uma corrente de ar aquecida para formar uma corrente de reformador aquecida e uma corrente de ar resfriada, ii) reforma de pelo menos uma parte da corrente de reformador aquecida e iii) combustão de uma parte de uma corrente de combustível aquecida na presença de corrente de ar resfriada para formar a corrente de ar aquecida para o próximo estágio. Preferivelmente, a corrente de reformador possui uma combinação de temperatura e composição que evita as condições de formação de pó de metal e coque por todos os estágios do reformador.
Em algumas modalidades, um aparelho para a reforma de vapor de um hidrocarbono gasoso compreende: a) um preaquecedor de combustível que combura parcialmente o combustível em uma primeira mistura de combustível e ar para formar uma corrente de combustível aquecida, a corrente de combustível aquecida sendo comburada em um módulo de reformador; b) um preaquecedor de ar que combura uma segunda corrente de combustível e ar na presença de uma corrente de ar para formar uma corrente de ar aquecida, a corrente de ar aquecida suprindo calor para o módulo do reformador; e c) um módulo de reformador para formar uma corrente de syngas a partir de uma corrente de reformador. O combustível e os preaquecedores de ar podem compreender qualquer câmara de combustão catalítica adequada e pode compreender um reator catalítico separado ou pode compreender uma seção modificada de tubo que foi carregada com catalisador estruturado ou não estruturado. Em geral, a combustão catalítica envolve oxidação catalítica dos componentes passíveis de combustão na corrente relevante para produção de calor como resultado da reação de oxidação altamente exotérmica. A reação de combustão pode ser catalisada utilizando qualquer catalisador adequado e/ou pode incluir ou compreender combustão não catalítica em conjunto com uma fonte de ignição ou uma fonte de chama para iniciação.
Em algumas modalidades, o módulo de reformador pode compreender um ou mais, tal como 2 ou mais, 3 ou mais, 4 ou mais, 5 ou mais, 6 ou mais, 7 ou mais, 8 ou mais, 9 ou mais ou 10 ou mais estágios de pré-reforma. Em algumas modalidades, o módulo de reformador pode compreender de2a10, 3 a 8 ou 4 a 7 estágios de pré-reforma. Depois dos estágios de pré-reforma, o módulo de reformador pode compreender de 1 a 40 estágios de reformador, tal como de 2 a 35 estágios, de 3 a 30 estágios, de 5 a 25 estágios, de 8 a 20 estágios, ou de 10 a 15 estágios de reformador. Cada estágio de pré-reformador pode compreender pelo menos um permutador de calor e pelo menos um leito de pré-reforma. Qualquer permutador de calor adequado e leito de pré-reforma catalítico podem ser utilizados.
Em algumas modalidades, os um ou mais estágios de pré-reformador podem compreender um PCR. O PCR pode ser configurado de forma similar a um permutador de calor de circuito impresso ("PCHE") como conhecido da técnica, com as câmaras catalíticas ou leitos localizados de forma intermitente dentro do percurso de fluxo da corrente de vapor de hi-drocarbono gasoso de forma que a corrente possa ser aquecida alternada-mente em um permutador de calor ou parte de permuta de calor e então parcialmente reformada de forma catalítica em uma câmara catalítica ou leito em uma série dos estágios de pré-reforma. A esse respeito, o PCR pode compreender uma série de placas possuindo um ou múltiplos canais para o fluido de corrente de vapor de hidrocarbono gasoso e a corrente de gás de combustão em proximidade uma com a outra para permutar calor. Os canais para as correntes individuais podem ser gravados ou de outra maneira formados em placas separadas, que podem então ser empilhadas e unidas por difusão ou de outra forma unidas em uma configuração de permutador de calor de forma que os canais sejam trazidos para perto um do outro e o calor seja permutado através das paredes de canal. O empilhamento pode incluir o empilhamento de placas de extremidade, placas de união e configurações específicas da corrente de hidrocarbono gasoso e s placas de gás de combustão de acordo com a transferência de calor desejada. Os canais em cada placa podem ser configurados para uma transferência de calor de passagem única ou múltiplas passagens entre as correntes, e quando formados em um PCR podem ser configurados para operar em fluxo simultâneo, fluxo cruzado ou fluxo contrario. Em algumas modalidades, as placas para uma das correntes podem ser configuradas para múltiplas passagens, enquanto as placas para a outra corrente são configuradas para passagens únicas.
Cada uma das placas de vapor de hidrocarbono gasoso e placas de gás de combustão pode incluir múltiplas penetrações de leito ou câmara catalisador de pré-reforma, de forma que quando as placas são empilhadas e unidas em uma configuração de permutador de calor, as placas formam múltiplas zonas de permuta de calor, onde o calor é permutado a partir dos canais de gás de combustão dentro dos canais de vapor de corrente de hidrocarbono gasoso, e múltiplas zonas de reforma, onde a corrente de vapor de hidrocarbono gasoso aquecida é parcialmente reformada de forma catalítica. As zonas de reforma podem ser formadas pelo alinhamento da câmara catalítica de pré-reforma ou penetrações de leito quando as placas são empilhadas para formar as câmaras nas quais o catalisador pode ser localizado, suportado ou não suportado. A esse respeito, em algumas modalidades, o PCR pode operar como se segue: a corrente de vapor de hidrocarbono gasoso pode entrar nos canais de placa de corrente de vapor de hidrocarbono gasoso do PCR, onde pode ser aquecido pela corrente quente, que pode ser a corrente de gás de combustão dos estágios de reformador fluindo nos canais da placa de gás de combustão. Depois do aquecimento, os canais de placa de corrente de vapor de hidrocarbono gasoso podem direcionar a corrente de vapor de hidrocarbono gasoso para uma câmara de pré-reforma ou leito contendo catalisador, no qual a corrente de vapor de hidrocarbono gasoso pode ser parcialmente reformada cataliticamente. Depois de ser parcialmente reformada, a corrente de vapor de hidrocarbono gasoso pode prosseguir para dentro dos canais de placa adicionalmente ao longo da placa, onde a corrente será reaquecida pelo gás de combustão fluindo nos canais de placa de gás de combustão da placa de gás de combustão. Dessa forma, a reforma parcial pode incluir múltiplas interações do aquecimento e reforma parcial em uma única estrutura compreendendo placas de extremidade, placas limite, uma ou mais placas de gás de combustão e placas de vapor de hidrocar-bono gasoso.
Depois dos estágios de pré-reformador, o módulo de reformador pode compreender de 1 a 40 estágios de reformador, tal como de 2 a 35 estágios, de 3 a 30 estágios, de 5 a 25 estágios, de 8 a 20 estágios ou de 10 a 15 estágios de reforma catalítica. O módulo de reformador pode ser configurado de qualquer forma adequada para converter a corrente de reformador que deixa os estágios de pré-reformador em syngas. Tal reforma pode incluir um ou mais permutadores de calor que aquecem a corrente do reformador pela recuperação de calor de uma corrente quente, tal como uma corrente de ar aquecida. A corrente quente pode fornecer calor suficiente para a corrente de reformador para promover a reforma em um ou mais dos leitos de reforma catalítica. Os leitos de reforma podem reformar de forma catalítica a corrente do reformador em uma reação endotérmica, resfriando assim a corrente de reformador, a corrente de reformador pode então ser reaquecida pela recuperação de calor de uma corrente de calor, tal como uma corrente de ar aquecida e então pode ser direcionada para um ou mais dos leitos de reformador adicionais. Dessa forma, as etapas podem ser repetidas através dos estágios do reformador.
Em algumas modalidades, o módulo de reformador pode compreender múltiplos estágios, onde cada estágio inclui i) um permutador de calor que aquece a corrente de reformador recuperando o calor de uma corrente de ar aquecida para formar uma corrente de ar resfriada, ii) um leito de reforma que reforma a corrente de reformador aquecida, e iii) uma câmara de combustão que combura uma parte de uma corrente de combustível aquecida para reaquecer a corrente de ar resfriada.
Em algumas modalidades, o aparelho pode incluir uma rede de controle de distribuição de combustível que é configurada para controlar passivamente a quantidade de corrente de combustível aquecida que é suprida para cada câmara de combustão nos estágios do reformador. Essa configuração pode ser obtida pela designação do aparelho e da permuta de calor individual e componentes do reformador do aparelho para equilibrar as quedas de pressão nas correntes de ar e combustível por todo o aparelho para suprir a quantidade adequada de ar e combustível para cada câmara de combustão nos estágios de reformador. Em algumas modalidades, a rede de controle de distribuição de combustível é configurada para suprir uma quantidade de corrente de combustível aquecida para uma ou mais câmaras de combustão do segundo estágio de reformador e estágios subsequentes que é inferior à quantidade de corrente de combustível aquecida suprida para um ou mais dos estágios anteriores. Em algumas modalidades, a rede de controle de distribuição de combustível é configurada para suprir uma quantidade de corrente de combustível aquecida para cada uma das câmaras de combustão do segundo estágio de reformador e estágios subsequentes que é inferior à quantidade de corrente de combustível aquecido suprida para o estágio anterior.
Como com relação aos estágios de pré-reforma, em algumas modalidades, os estágios de reformador podem compreender um PCR. Em algumas modalidades, o PCR que cria os estágios de reformador podem ser constituídos de placas de extremidade, placas de limite, placas de fluxo de ar, placas de fluxo de combustível, e placas de corrente de reformador. Cada uma das placas ativas pode incluir canais de fluxo para a corrente de alimentação relevante (ar, combustível ou reformador), múltiplas penetrações de câmara de combustão catalítica e múltiplas penetrações de leito de reforma catalítica. Quando combinadas em uma pilha e unida por difusão ou de outra forma, as múltiplas penetrações de camada de combustão catalítica e as múltiplas penetrações de leito de reforma catalítica de cada placa podem ser alinhadas com as penetrações correspondentes das outras placas na pilha para formar múltiplas câmaras de combustão catalíticas e múltiplos leitos de reforma catalítica.
Em algumas modalidades, tal reator de circuito impresso pode operar como se segue. Uma corrente de ar aquecida flui através dos canais de fluxo das placas de fluxo de ar e permuta calor com a corrente do refor- mador que flui através dos canais de fluxo da placa do reformador para aquecer a corrente de reformador e resfriar a corrente de ar. A corrente de reformador então entra no primeiro leito de reforma catalítica, onde é cataliti-camente reformada em uma reação endotérmica, resfriando a corrente de reformador e convertendo uma parte da corrente em syngas. A corrente de ar resfriada prossegue para a primeira câmara de combustão catalítica onde é unida por uma parte da corrente de combustível aquecida, que é cataliti-camente comburada para reaquecer a corrente de ar. A corrente de ar rea-quecida então permuta calor com a corrente de reformador resfriada e o processo pode ser repetido através dos múltiplos estágios. Em algumas modalidades, a parte da corrente de combustível aquecida é suprida em paralelo a cada uma das câmaras de combustão. Em algumas modalidades, cada câmara de combustão é suprida com a mesma quantidade de combustível a partir da corrente de combustível aquecida. Preferivelmente, a quantidade de corrente de combustível aquecida suprida para cada uma das câmaras de combustão depois da primeira câmara de combustão é reduzida com relação à câmara de combustão anterior. Preferivelmente, o suprimento de corrente de combustível aquecido é passivamente controlado. Por fim, a corrente que deixa o módulo do reformador compreende uma corrente de syngas formada a partir da corrente do reformador e uma corrente de gás de combustão compreendendo a corrente de ar, quaisquer componentes de combustível residual e os componentes de combustão de combustível.
Em algumas modalidades, o aparelho para a reforma de corrente de um hidrocarbono gasoso pode incluir adicionalmente pelo menos um permutador de calor que recupera calor da corrente de sungas depois que a mesma deixa o módulo de reformador. Em algumas modalidades, o aparelho compreende pelo menos dois permutadores de calor para recuperar o calor de uma parte da corrente de syngas. Em algumas modalidades, pelo menos um dos pelo menos um permutadores de calor é um permutador de calor resfriado. O permutador de calor resfriado pode compreender um permutador de calor que é submerso em água. Uma parte do syngas quente pode entrar no permutador de calor resfriado a uma temperatura e/ou acima das temperaturas de formação de pó de metal e pode ser resfriado para uma temperatura abaixo das condições de formação de pó de metal. Visto que o permutador de calor é submerso em água, o permutador de calor nunca vê as condições de formação de pó de metal visto que a temperatura da água permanece essencialmente constante à medida que a mesma ferve e como resultado do alto coeficiente de transferência de calor da água fervente o metal do permutador de calor submerso permanecerá essencialmente na temperatura de ebulição da água. O vapor produzido pelo resfriamento da corrente de syngas dessa forma pode ser combinado com uma corrente de hidrocarbono gasoso antes da entrada no módulo de reformador. Apesar de o permutador resfriado evitar as condições de formação de pó de metal, uma parte da tubulação de syngas adjacente à entrada para o permutador resfriado pode sofrer condições de formação de pó de metal, dessa forma, a parte do aparelho é preferivelmente construída a partir de materiais resistentes à formação de pó de metal ou a partir de material revestido com um metal durante o revestimento resistente e/ou é configurado para ter um reparo e/ou remoção e substituição fáceis. O permutador de calor submerso é preferivelmente um PCHE que se baseia em um efeito de thermosyphon para permutar o calor da corrente de syngas para dentro da água, circulando a água através do permutador como resultado das diferenças de densidade entre a água fervente e a água de fase única. O PCHE pode compreender um ou mais placas de syngas e uma ou mais placas de água que juntas podem ser as placas "ativas" dentro do permutador. As placas de syngas podem ter múltiplos canais de fluxo gravados ou de outra forma fornecidos através dos quais o syngas flui. As placas de água podem ter múltiplos canais de fluxo gravados ou de outra forma fornecidos, através dos quais a água/vapor flui. As placas de água e syngas, juntamente com as placas de limite e/ou placas de extremidade podem ser empilhadas em uma configuração de permutador de calor. Nessa configuração, PCHE pode compreender uma série de placas empilhadas e unidas por difusão ou de outra forma unidas possuindo múltiplos canais para o fluxo de correntes de syngas e água perto uma da outra para permutar calor das correntes de syngas para as correntes de água. PCHE pode ser formado pelo empilhamento de placas de extremidade, placas de limite e configurações especificas das placas de corrente de syngas e água de acordo com a transferência de calor desejada. Os canais em cada placa podem ser configurados para a transferência de calor com passagem única ou múltiplas passagens entre as correntes, e quando formados dentro de um per-mutador de calor podem ser configurados para operar em fluxo simultâneo, fluxo cruzado ou fluxo contrário. Preferivelmente, o permutador de calor formado a partir da placa é configurado em fluxo simultâneo para evitar a secagem nas passagens no lado de água do permutador. Em algumas modalidades, as placas para uma das correntes podem ser configuradas para múltiplas passagens, enquanto as placas para s outras são configuradas para passagens únicas. O nível de água no permutador resfriado pode ser controlado utilizando qualquer método adequado tal como o dispositivo de controle de nível de água conhecido para o controle dos níveis de água fervente. O permutador de calor submerso pode ser parcial ou completamente submerso, desde que uma quantidade suficiente de água esteja presente para garantir que as condições de formação de pó de metal sejam evitadas no permutador de calor. Em algumas modalidades, o permutador de calor dá lugar ao volume da corrente para a combinação com a corrente de hidrocarbono gasoso.
Em algumas modalidades, pelo menos um dos permutadores de calor que recuperam o calor da corrente de syngas compreende um permutador de calor de recuperação de calor. Em algumas modalidades, o permutador de calor de recuperação de calor de syngas permuta o calor da corrente de syngas para dentro de pelo menos uma corrente selecionada a partir de: uma ou mais correntes de ar, uma ou mais correntes de combustível, uma ou mais correntes de água e uma ou mais correntes de hidrocarbono gasoso. Em algumas modalidades, o permutador de calor de recuperação de calor de syngas compreende um permutador de calor de múltiplas correntes. O permutador de calor de recuperação de calor de syngas pode compreender um permutador de calor de múltiplas correntes que é um PCHE de múlti- pias correntes. O PCHE de múltiplas correntes pode compreender uma ou mais placas de syngas e uma ou mais placas alimentadas por reagente, que juntas podem ser placas ativas dentro do permutador. As placas de syngas podem ter múltiplos canais de fluxo gravados ou fornecidos de outra forma nas mesmas através das quais o syngas flui. As placas de alimentação de reagente podem ter múltiplos canais de fluxo gravados ou de outra forma fornecidos nas mesmas, através dos quais as várias alimentações de reagente fluem. Por exemplo, em algumas modalidades, as placas de alimentação de reagente podem ter um ou mais conjuntos de canais de fluxo para uma ou mais correntes de ar, um ou mais conjuntos de canais de fluxo para uma ou mais correntes de combustível, um ou mais conjuntos de canais de fluxo para uma ou mais correntes de hidrocarbonos gasosos e/ou um ou mais conjuntos de canais de fluxo para uma ou mais correntes de água. As placas de syngas e alimentação de reagente, juntamente com as placas de limite e/ou placas de extremidade podem ser empilhadas em uma configuração de permutador de calor. Nessa configuração, PCHE pode compreender uma série de placas empilhadas e unidas por difusão ou unidas de outra forma possuindo múltiplos canais para o fluxo de correntes de syngas para as correntes de alimentação de reagente. O empilhamento pode incluir o empilhamento de placas de extremidade, placas delimite e configurações específicas de placas de corrente de syngas e de alimentação de reagente de acordo com a transferência de calor desejada. Os canais em cada placa podem ser configurados para transferência de calor de passagem única ou múltiplas passagens entre as correntes, e quando formados em um permutador de calor podem ser configurados para operar em fluxo simultâneo, fluxo cruzado ou fluxo contrário. Preferivelmente, o permutador de calor de recuperação de calor de syngas opera no fluxo contrário ou em uma aproximação de fluxo cruzado de múltiplas passagens do fluxo contrário para maximizar a recuperação de calor a partir da corrente de syngas. Em algumas modalidades, as placas para uma ou algumas das correntes podem ser configuradas para passagens múltiplas, enquanto as placas para uma ou algumas das outras correntes são configuradas para passagens únicas.
Em algumas modalidades, os pelo menos um permutadores que recupera calor da corrente de syngas compreende um permutador de calor resfriado e um permutador de calor de recuperação de calor de syngas.
Em algumas modalidades, o aparelho compreende pelo menos um permutador de calor que recupera calor para dentro de uma corrente de água a partir de uma corrente de gás de combustão depois que a corrente de gás de combustão deixa o módulo de reformador. Em algumas modalidades, tal permutador de calor compreende um PCHE como descrito em outro lugar aqui, onde as placas ativas do PCHE são uma ou mais dentre as placas de gás de combustão e uma ou mais das placas de água. Em algumas modalidades, tal como nas modalidades onde o módulo do reformador é rodado em um modo de temperatura de reforma reduzida ou em um modo de reforma de pressão mais alta, a corrente de gás de combustão pode ser preaquecida antes de entrar no PCHE para permutar o calor com a corrente de água. Tal preaquecimento pode incluir combustão catalítica de uma parte de pelo menos uma corrente de combustível ou uma parte da pelo menos uma corrente de hidrocarbono gasoso na presença da corrente de gás de combustão. A combustão catalítica pode ser conduzida em um preaquece-dor de gás de combustão que pode ser configurado substancialmente da mesma forma que o preaquecedor de ar discutido anteriormente. O prea-quecedor de gás de combustão pode ser utilizado para aquecer o gás de combustão para fornecer calor aumentado para a corrente de água, aumentando dessa forma a razão do vapor para carbono que é alimentada por fim para o módulo do reformador e promover um equilíbrio mais favorável para a reação de reforma para uma pressão e temperatura determinadas, tornando o preaquecedor de gás de combustão uma opção atraente para módulos de reformador de temperatura mais baixa e pressão mais alta Em algumas modalidades, especialmente as modalidades onde uma concentração de hidrogênio alta é desejada na corrente de syngas, o aparelho pode incluir um reator de mudança de água e gás. O reator de mudança de água e gás pode promover a produção catalítica de hidrogênio de acordo com a equação (6). O reator de mudança de água e gás recebe preferivelmente a corrente de syngas a uma temperatura suficientemente abaixo das temperaturas de formação de pó de metal que a temperatura de equilíbrio de saída do reator também está abaixo das temperaturas de formação de pó de metal. Em algumas modalidades, múltiplos reatores de mudança de água e gás podem ser utilizados em série para aumentar adicionalmente o teor de hidrogênio da corrente de syngas. O reator de mudança de água e gás pode ser similar a uma câmara de combustão catalítica e pode compreender um reator catalítico separado ou pode compreender uma seção modificada de tubulação que foi carregada com catalisador estruturado ou não estruturado, e que pode preferivelmente incluir um catalisador de metal preciosos adequado.
Em algumas modalidades, o aparelho é configurado para evitar ou reduzir as condições de formação de pó de metal e condições de formação de coque em todos os permutadores de calor, estágios de pré-reforma, estágios de reforma e reatores de mudança de água e gás dentro do aparelho.
Em algumas modalidades, o aparelho para a reforma de vapor de um hidrocarbono gasoso compreende: a) um permutador de calor de recuperação de calor de syngas que recupera calor de uma corrente de syngas para aquecer pelo menos uma corrente de ar; b) um divisor de fluxo de ar que divide a corrente de ar em uma primeira corrente de ar e uma segunda corrente de ar, a primeira corrente de ar conectando a uma corrente de combustível para formar uma mistura de combustível e ar; c) um divisor de fluxo de combustível que divide a mistura de combustível e ar em uma primeira corrente de combustível e ar e uma segunda corrente de combustível e ar, a primeira corrente de combustível e ar conectando a um preaquecedor de combustível e a segunda corrente de combustível e ar conectando a um preaquecedor de ar; d) um preaquecedor de combustível que combura parcialmente o combustível na primeira corrente de combustível e ar para formar uma corrente de combustível aquecida; e) um preaquecedor de ar que combura a segunda corrente de combustível e ar na presença da segunda corrente de ar para formar uma corrente de ar aquecida; f) um pré-reformador que reforma parcialmente uma corrente de hidrocarbono gasoso aquecida na presença do vapor para formar um vapor de reformador; g) um reformador que reforma a corrente de reformador para formar uma corrente de syngas; h) um permutador resfriado que recupera o calor da corrente de syngas para formar ou auxiliar na formação de vapor a partir de uma corrente de água para o pré-reformador.
Algumas modalidades do aparelho serão agora descritas em detalhes com referência às figuras. Deve-se compreender que os aparelhos detalhados são apenas por meio de exemplo e que várias modificações e mudanças nos aparelhos podem ser realizadas sem se distanciar do escopo dos processos e aparelhos definidos aqui como compreendido pelos versados na técnica. Exemplos de tais mudanças podem incluir, mas não estão limitados ao tipo e número de correntes de reagente, o tipo e número de cada um dos permutadores de calor e câmaras de combustão/preaquecedores, tipo, número e configurações dos estágios de pré-reforma e reforma, os materiais de construção, as configurações de permutador de calor e tubulação e tamanhos, colocação e tipo de válvulas, temperaturas e pressões nas correntes, taxa de fluxo e composições das várias correntes, tipo e número de reatores de mudança de água e gás se algum e tipos de catalisador e suas composições.
Com referência à figura 1a, em algumas modalidades, um sistema ou aparelho de reforma de vapor de hidrocarbono gasoso 100 pode incluir pelo menos quatro correntes de alimentação de reagente: uma corrente de alimentação de hidrocarbono gasoso 102, uma corrente de alimentação de combustível 104, uma corrente de alimentação de ar 106 e uma corrente de alimentação de água 108. A corrente de alimentação de hidrocarbono gasoso 102 pode alimentar qualquer corrente de hidrocarbono gasoso adequada para reforma de vapor, incluindo gás natural, metano, propano ou outros hidrocarbonos gasosos, misturas de hidrocarbonos gasosos, gases de refinaria e outros gases combustão e misturas ou combinações dos mesmos no sistema 100. Preferivelmente, a corrente de alimentação de hidrocarbono gasoso 102 é suficientemente baixa em termos de impureza (tal como enxofre) para fornecer a reforma e/ou vida útil de catalisador de mudança de água e gás aceitável. Em algumas modalidades, a corrente de alimentação de hidrocarbono gasoso 102 é gás natural ou metano. A corrente de alimentação de hidrocarbono gasoso 102 pode entrar no sistema de reforma 100 a qualquer temperatura e pressão adequadas para o sistema. Preferivelmente, a pressão é igual a ou acima da pressão da corrente de syngas 180 deixando o módulo de reformador 150. Em algumas modalidades, a corrente de alimentação de hidrocarbono gasoso 102 entra no sistema 100 a uma pressão entre 1 mPa (10 bar) e 10 mPa (100 bar), tal como entre 1 mPa a 9 mPa (10 bar e 90 bar), entre 1 mPa a 7,5 mPa (10 bar e 75 bar), entre 1 mPa a 6 mPa (10 bar e 60 bar), entre 1 mPa e 5 mPa (10 bar e 50 bar), entre 1 mPa a 4 mPa (10 bar e 40 bar), entre 1 mPa e 3 mPa (10 bar e 30 bar), entre 1 MPa e 2 mPa (10 bar e 20 bar), entre 1 mPa e 18 mPa (10 bar e 18 bar), entre 1,1 mPa a 1,7 mPa (11 bar e 17 bar), entre 1,2 mPa e 1,6 mPa (12 bar e 16 bar), entre 1,3 mPa e 1,5 mPa (13 bar e 15 bar) ou entre 1,35 mPa e 1,45 mPa (13,5 bar e 14,5 bar). Em algumas modalidades, a corrente de alimentação de hidrocarbono gasoso 102 entra no sistema 100 a qualquer temperatura adequada, tal como a temperatura de suprimento ou temperatura ambiente, mas preferivelmente acima da temperatura de ponto de orvalho para a corrente. Em algumas modalidades, a corrente de alimentação de hidrocarbono gasoso 102 entra no sistema 100 a uma temperatura entre cerca de -40°C e 250°C, tal como entre -25°C e 200°C, entre -10°C e 150°C, entre -10°C e 100°C, entre 0°C e 90°C, entre 0°C e 75°C, entre 5°C e 65°C, entre 10°C e 50°C, entre 15°C e 40°C, entre 15°C e 35°C, entre 20°C e 30°C ou entre 20°C e 25°C. A corrente de alimentação de combustível 104 pode ser qualquer corrente de alimentação de combustível de combustão adequada para os processos de reforma de vapor, tal como correntes de gás de escape ou finais de um processo de adsorção de mudança de pressão (PSA), a partir de um processo de produção de metanol ou a partir de um processo de produção de amônia e pode incluir ou ser enriquecido com outros componentes de combustível tal como uma corrente de hidrocarbono gasoso, ou correntes tal como correntes de gás natural, correntes de metano, correntes de propa-no, misturas de hidrocarbonos gasosos, gases de refinaria ou outros gases combustão e misturas ou combinações dos mesmos. Em algumas modalidades, uma parte da corrente de alimentação de hidrocarbono gasoso 102 ou outra corrente de hidrocarbono gasoso pode ser fornecida como pelo menos uma parte da corrente de alimentação de combustível 104. Em algumas modalidades, a corrente de alimentação de combustível 104 pode incluir hidrocarbonos gasosos residuais e/ou hidrogênio da corrente de syngas 192 depois do processamento a jusante. A corrente de alimentação de combustível 104 pode entrar no sistema de reforma 100 em qualquer temperatura e pressão adequadas para o sistema. Em algumas modalidades, tal como as modalidades nas quais a corrente de alimentação de combustível 104 compreende um off gás PSA ou corrente final, a corrente de alimentação de combustível 104 entra no sistema 100 a uma pressão inferior a 1 mPa, tal como menos de 800 kPa, menos de 500 kPa, menos de 2500 kPa, menos de 100 kPa, menos de 75 kPa, menos que 50 kPa, menos de 40 kPa, menos de 30 kPa, menos de 20 kPa, menos de 15 kPa, menos de 10 kPa ou menos de 7,5 kPa. Em algumas modalidades, tal como quando a corrente de alimentação de combustível 104 compreende uma purga de síntese de metanol, a corrente de alimentação de combustível 104 pode entrar no sistema a uma pressão que é substancialmente maior, caso no qual, a pressão pode ser escalonada para baixo utilizando qualquer meio adequado para reduzir de forma gradual as pressões da corrente gasosa. Em algumas modalidades, a corrente de alimentação de combustível 104 entra no sistema 100 a qualquer temperatura adequada, tal como a temperatura de suprimento ou temperatura ambiente, mas preferivelmente acima do ponto de orvalho da corrente. Em algumas modalidades, a corrente de alimentação de combustível 104 entra no sistema 100 a uma temperatura entre -40°C e 350°C, tal como entre -30°C e 300°C, entre -20°C e 250°C, entre -10°C e 200°C, entre -5°C e 150°C, entre 0°C e 100°C, entre 0°C e 50°C, entre 5°C e 40°C, entre 10°C e 35°C, entre 15°C e 30°C ou entre 20°C e 25°C. A corrente de alimentação de ar 106 pode ser qualquer corrente de alimentação de ar adequada, tal como uma corrente de alimentação de ar forçado ou uma corrente de alimentação de ar comprimido, que forneça oxigênio suficiente para os processos de combustão dentro do sistema de reforma 100. Em algumas modalidades, a corrente de alimentação de ar pode ser enriquecida com oxigênio adicional ou pode ser purificada para remover ou limitar a presença de um ou mais componentes gasosos ou particulados ou contaminantes. Em algumas modalidades, a corrente de alimentação de ar 106 entra no sistema 100 a uma pressão inferior a 100 kPa, tal como menos de 75 kPa, menos de 50 kPa, menos de 40 kPa, menos e 30 kPa, menos de 20 kPa, menos de 15 kPa, menos de 10 kPa ou menos de 7,5 kPa. Em algumas modalidades, a corrente de alimentação de ar 106 entra no sistema 100 em qualquer temperatura adequada, tal como a temperatura de suprimento ou temperatura ambiente, mas preferivelmente acima da temperatura de ponto de fusão da corrente. Em algumas modalidades, a corrente de alimentação de ar 106 entra no sistema 100 a uma temperatura entre -40°C e 350°C, tal como entre -30°C e 300°C, entre -20°C e 250°C, entre -10°C e 200°C, entre -5°C e 150°C, entre 0°C e 100°C, entre 0°C e 50°C, entre 5°C e 40°C, entre 10°C e 35°C, entre 15°C e 30°C ou entre 20°C e 25°C. A corrente de alimentação de água 108 pode ser qualquer corrente de alimentação de água adequada e pode ser uma corrente de água não tratada, tratada, purificada ou condicionada. Preferivelmente, a água foi tratada para corresponder a pelo menos os padrões de água de alimentação de aquecedor adequada para as temperaturas e pressões operacionais para evitar a formação de resíduos dentro do permutador de calor e/ou formação de sólidos excessivas. Em algumas modalidades, a corrente de alimentação de água 108 pode ter sido aquecida acima da temperatura ambiente em um aquecedor de água antes de entrar no processo. Em algumas modalidades, a corrente de alimentação de água 108 pode compreender o vapor produzido fora do processo, caso no qual pode ser diretamente misturado com a corrente de hidrocarbono gasoso 102 pouco antes de entrar no módulo de reformador 150, caso no qual a configuração de permuta de calor para a figura 1a pode ser alterada. Preferivelmente, todo o vapor necessário é gerado dentro do processo a partir da corrente de água 108 sem qualquer exportação de vapor a partir do processo ou importação para o processo. Em algumas modalidades, a corrente de alimentação de água 108 entra no sistema 100 em qualquer pressão adequada acima da pressão da corrente de syngas 180 deixando o módulo de reformador, tal como entre 1 mPaa e 10 mPaa, tal como entre 1 mPaa e 9 mPaa, entre 1 mPaa e 7,6 mPaa, entre 1 mPaa e 6 mPaa, entre 1 mPaa e 5 mPaa, entre 1 mPaa e 4 mPaa, entre 1 mPaa e 3 mPaa, entre 1 mPaa e 2 mPaa, entre 1 mPaa e 1,8 mPaa, entre 1,1 mPaa e 1,7 mPaa, entre 1,2 mPaa e 1,6 mPaa, entre 1,3 mPaa e 1,5 mPaa, ou entre 1,35 mPaa e 1,45 mPaa. Em algumas modalidades, a corrente de alimentação de água 108 entra no sistema 100 em qualquer temperatura adequada, tal como a temperatura de suprimento ou temperatura ambiente. Em algumas modalidades, a corrente de alimentação de água 108 entra no sistema 100 a uma temperatura pouco acima de congelamento e abaixo de ebulição, tal como entre 0,1 °C e 350°C, entre 2,5°C e 250°C, entre 5°C e 150°C, entre 10°C e 125°C, entre 15°C e 100°C, entre 15°C e 75°C, entre 15°C e 50°C, entre 15°C e 40°C, entre 15°C e 35°C, entre 20°C e 30°C ou entre 20°C e 25°C. A corrente de alimentação de água 108 pode ser preaquecida no permutador de calor 109 que pode ser separado de ou pode ser parte do permutador de calor de recuperação de calor de syngas 110. Em algumas modalidades, o permutador de calor 109 é combinado com o permutador de calor de recuperação de calor de syngas 110 em um único PCHE.
Uma ou mais das correntes de alimentação de reagente, tal co- mo de 2 a 10, de 3 a 9 ou de 4 a 6 correntes de alimentação de reagentes, ou 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 ou 10 correntes de alimentação de reagente, podem ser preaquecidas em um ou mais permutadores de calor de recuperação de calor de syngas 110. Em algumas modalidades, pelo menos uma corrente de alimentação de ar, tal como a corrente de alimentação de ar 106 ou corrente de alimentação de ar 108 é preaquecida no permutador 110. Em algumas modalidades e como ilustrado, o permutador 110 pode ser um permutador de calor de múltiplas correntes onde mais de uma corrente de alimentação de reagente é preaquecida.
Em algumas modalidades, incluindo a modalidade como ilustrado na figura 1a, a corrente de alimentação de combustível 104 pode ser opcionalmente dividida através do divisor de corrente de combustível 133 em corrente de alimentação de combustível 105 e corrente de alimentação de gás de combustão 112 antes da entrada no permutador de calor de recuperação de calor de syngas 110. Ambas as correntes 105 e 112 podem então ser aquecidas no permutador de calor de recuperação de calor de syngas 110. Alternativamente, a corrente de alimentação de combustível 104 pode ser dividida depois de deixar o permutador 110, mas preferivelmente antes de combinar com a corrente de ar de combustão 114. A corrente de alimentação de combustível 104 pode ser dividida utilizando-se qualquer meio adequado de divisão de fluxo, antes ou depois do permutador de calor de recuperação de calor 110, tal como a conexão de tubulação em "T" ou "Y", e pode ser dividida para desviar combustível suficiente da corrente de alimentação de combustível 104 através da corrente de combustível de gás de combustão 112 para combustão na presença da corrente de gás de combustão 160 para fornecer calor adicional para a corrente de alimentação de água 108. O divisor de corrente de combustível 113 pode ser uma junção de tubulação ou qualquer outro mecanismo de divisão de fluxo adequado, pode incluir uma válvula 113a como ilustrado, ou outro dispositivo de divisão adequado para controlar o fluxo de combustível, pode ser dividida e controlada por fluxo utilizando meios passivos que mantêm a razão de combustível/ar a jusante desejada para alimentar o preaquecedor de combustível 120, prea- quecedor de ar 122, e preaquecedor de gás de combustão 175 por toda uma faixa ampla de magnitudes de fluxo. Tais meios passivos podem incluir o controle da geometria de percurso de fluxo com base nas quedas de pressão e um faixa de número Reynolds desejada dentro dos percurso de fluxo relevantes.
De forma similar, em algumas modalidades, incluindo a modalidade como ilustrado na figura 1A, a corrente de alimentação de ar 106 pode ser dividida em corrente de alimentação de ar 107 e corrente de ar de combustão 114 antes da entrada do permutador de calor de recuperação de calor de syngas 110 através do divisor de fluxo de ar 115. Ambas as correntes 107 e 114 podem então ser aquecidas no permutador de calor de recuperação de calor de syngas 110. Em algumas modalidades, o permutador 110 é configurado de forma que a corrente de ar de combustão 114 combine com a corrente de alimentação de combustível 105 no permutador 110 para formar a corrente de mistura de combustível e ar 118 antes de entrar no permutador. Alternativamente, a corrente de alimentação de ar 106 pode ser dividida depois de deixar o permutador 110. O divisor de fluxo de ar 115 pode ser qualquer meio adequado de divisão de fluxo de corrente de alimentação de ar 106 antes ou depois do permutador de calor de recuperação de calor de syngas 110, tal como uma conexão de tubulação em "T" ou "Y", desde que a corrente de ar de combustão 114 conecte com a corrente de alimentação de combustível 105 antes do divisor de fluxo de combustível e ar 116. O divisor de fluxo de ar 115 desvia ar suficiente a partir da corrente de alimentação de ar 106 através da corrente de ar de combustão 114 para dentro da corrente de alimentação de combustível 105, preferivelmente antes do divisor de fluxo de combustível e ar 116 para formar uma corrente de mistura de combustível e ar 118 com ar suficiente para a combustão parcial de combustível a partir da corrente de alimentação de combustível 105 no preaquecedor de combustível 120. O divisor de fluxo de ar 115 pode ser uma junção de tubulação ou qualquer outro mecanismo de divisão de fluxo adequado, pode incluir uma válvula 115a como ilustrado, ou outro dispositivo de divisão e controle adequado, ou o fluxo de ar pode ser dividido e controlado utilizando-se mei- os passivos que mantêm a razão de combustível para ar a jusante desejada para alimentar o preaquecedor de combustível 120 e preaquecedor de ar 122 por toda uma ampla faixa de magnitudes de fluxo. Tais meios passivos podem incluir o controle da geometria de percurso de fluxo com base nas quedas de pressão e uma faixa de número Reynolds desejada dentro dos percursos de fluxo relevantes. O permutador de calor de recuperação de calor de syngas 110 pode ser qualquer permutador de calor adequado e pode permutar calor entre as correntes de entrada quente e fria utilizando permuta de calor de fluxo simultâneo, fluxo contrário e fluxo cruzado. Preferivelmente, o permutador de calor de recuperação de calor de syngas é um PCHE e permuta calor utilizando a permuta de calor de fluxo contrário ou uma aproximação de permuta de calor de fluxo contrário utilizando a permuta de fluxo cruzado de múltiplas passagens em uma direção de fluxo contrário geral. Em algumas modalidades, o permutador de calor de recuperação de calor de syngas recupera o calor da corrente de syngas antes de sair do sistema reformador 100 para processamento adicional, tal como, por exemplo, em um sistema de adsor-ção de balanço de pressão, um sistema de separação de membrana, um sistema de produção de metanol, ou em um sistema de produção de amô-nia. O permutador de calor de recuperação de calor de syngas 110 pode recuperar o calor da corrente de syngas 190 para preaquecer uma ou mais correntes de alimentação de reagente, incluindo uma ou mais correntes de hidrocarbono gasoso, uma ou mais correntes de combustível, uma ou mais correntes de ar, e/ou uma ou mais correntes de água. A fim de se evitar ou reduzir a formação de pó de metal, a corrente de syngas 190 entra preferivelmente no permutador de calor 110 a uma temperatura que está baixo da temperatura de formação de pó de metal. Preferivelmente, a corrente de syngas 190 deixa o permutador de calor 110 a uma temperatura e pressão adequadas para qualquer processamento a jusante adicional.
Em algumas modalidades, o permutador de calor de recuperação de calor de syngas 110 pode compreender um PCHE que é construído a partir de uma série de placas como ilustrado nas figuras 2a-c. As placas po- dem ser combinadas em uma pilha e unidas por difusão ou unidas de outra forma uma à outra para fornecer a permuta de calor entre as correntes quente e fria de entrada. Em geral, os percurso de fluxo para cada uma das correntes podem ser formados nas placas por gravação, moagem, ou outro processo adequado e podem ser configurados para fornecer a permuta de calor desejada, enquanto limitam a queda de pressão para uma ou mais correntes através do permutador de calor. Preferivelmente, a corrente de syngas de entrada 190 está abaixo das temperaturas de formação de pó de metal garantindo, dessa forma, que as condições de formação de pó de metal sejam evitadas dentro do permutador de calor de recuperação de calor de syngas 110.
Com referência às figuras 2a-c, em algumas modalidades, o permutador de calor de recuperação de calor de syngas 110 pode compreender uma ou mais placas de limitação 210, uma ou mais placas de syngas 230 e uma ou mais placas de alimentação de reagente 260. Na modalidade ilustrada nas figuras 2a-c, as placas em conjunto com as placas de extremidade adequadas (não ilustradas), quando adequadamente empilhadas e formadas em um permutador de calor, formarão um permutador de calor de recuperação de calor de syngas 110 que inclui o permutador de calor 109. Cada uma das placas pode ser construída a partir de materiais adequados para fins e condições presentes no permutador 110. Exemplos de materiais adequados a construção de placas 210, 230 e 260 incluem aço inoxidável 316 e aço inoxidável 304 e as placas podem possuir independentemente as espessuras descritas na Tabela 1. Em algumas modalidades, as placas podem ter 1,6 mm. de espessura. A figura 2a ilustra uma placa de limite 210 possuindo um percurso de fluxo de syngas 211 compreendendo pelo menos um canal de fluxo 212 conectando as entradas de syngas 213 com as saídas de syngas 214. As placas de limite 210 garantem que todas as placas de alimentação de reagente 260 tenham placas de corrente quente em ambos os lados, uma placa de limite 210 ou uma placa de syngas 230 e ajudam a equilibrar a carga de calor e o fluxo de calor por todo o peso da pilha. A placa de limite 210 pode ter um ou mais canais de fluxo independentes 212, que com saliências adjacentes, podem ser dimensionados para fornecer a contenção segura de pressão e uma combinação barata da capacidade de transferência de calor e queda de pressão. Em algumas modalidades, os canais de fluxo independentes 212 podem compreender, cada um, uma seção transversal geralmente semicircular e pode ter dimensões como descrito na Tabela 1. Em algumas modalidades, os canais de fluxo independentes 212 podem possuir, cada um, uma seção transversal semicircular com uma largura de cerca de 1,95 mm, uma profundidade de cerca de 1,10 mm. e cerca de 0,4 mm. de saliência. Apesar de um número específico de canais de fluxo independentes 212 ser ilustrado, deve-se compreender que o percurso de fluxo de syngas 211 pode compreender qualquer número adequado de canais de fluxo independentes configurados adequadamente de acordo com as necessidades individuais do sistema.
Apesar de a figura 2A ilustrar o percurso de fluxo de syngas 211 como um percurso de fluxo de múltiplas passagens, o percurso de fluxo 211 pode compreender também um percurso de fluxo contrário direto, fluxo simultâneo, fluxo cruzado ou fluxo de passagem única compreendendo múltiplos canais independentes. Em algumas modalidades o percurso de fluxo de syngas 211 pode compreender mais de uma passagem, cada passagem compreendendo uma única reversão na direção de fluxo, tal como de 2 a 100 passagens, de 5 a 75 passagens, de 10 a 60 passagens, de 15 a 50 passagens ou de 20 a 40 passagens. Preferivelmente, o percurso de fluxo de syngas 211 compreende um percurso de fluxo de múltiplos circuitos possuindo 5 passagens ou mais, 10 passagens ou mais, 15 passagens ou mais, 20 passagens ou mais, 25 passagens ou mais, ou 30 passagens ou mais onde as passagens são em fluxo cruzado durante a permuta de calor e onde os fluxos de syngas em uma direção geralmente contrária ao fluxo com relação aos fluxos na placa de alimentação de reagente 260. A placa de limite 210 também inclui penetrações de corrente de alimentação de ar 215 e 216, penetração de corrente de ar de combustão 217, penetração de corrente de alimentação de combustível 218, penetração de corrente de mistura de combustível e ar 227, penetrações de corrente de combustível de gás de combustão 219 e 220, penetrações de corrente de alimentação de hidrocarbono gasoso 221 e 222, penetrações de corrente de syngas 223 e 224 e penetrações de corrente de água 225 e 226.
Com referência à figura 2b, a placa de syngas 230 inclui entradas de syngas 231, saídas de syngas 232 e percurso de fluxo de syngas 233. O percurso de fluxo de syngas 233 pode compreender um ou múltiplos canais de fluxo independente de syngas 233. O percurso de fluxo de syngas 233 pode compreender um ou mais canais de fluxo independente de syngas 234. Os canais 234 e as saliências adjacentes podem ser dimensionados para fornecer a contenção segura de pressão e uma combinação barata de capacidade de transferência de calor e queda de pressão. Em algumas modalidades, os canais de fluxo independente de syngas 234 pode compreender, cada um, uma seção transversal geralmente semicircular e pode ter as dimensões descritas na tabela 1. Em algumas modalidades, os canais de fluxo independente 234 podem ter, cada um, uma seção transversal semicircular com uma largura de cerca de 1,95 mm, uma profundidade de cerca de 1,10 mm. e 0,4 mm. de saliências. Apesar de um número específico de canais de fluxo independente 234 ser ilustrado, deve-se compreender que o percurso de fluxo de syngas 233 pode compreender qualquer número adequado de canais de fluxo independente configurados adequadamente de acordo com as necessidades individuais do sistema.
Apesar de a figura 2b ilustrar o percurso de fluxo de syngas 233 como um percurso de fluxo de múltiplas passagens, o percurso de fluxo 233 pode compreender também um percurso de fluxo contrário direto, um fluxo simultâneo, um fluxo cruzado ou fluxo de passagem única compreendendo múltiplos canais independentes. Em algumas modalidades, o percurso de fluxo de syngas 233 pode compreender mais de uma passagem, cada passagem compreendendo uma única reversão na direção de fluxo, tal como de 2 a 100 passagens, de 5 a 75 passagens, de 10 a 60 passagens, de 15 a 50 passagens, ou de 20 a 40 passagens. Preferivelmente, o percurso de fluxo de syngas 233 compreende um percurso de fluxo de fluxo contrário que po- de ser aproximado por um percurso de fluxo de múltiplas passagens possuindo 5 passagens ou mais, 10 passagens ou mais, 15 passagens ou mais, 20 passagens ou mais, 25 passagens ou mais ou 30 passagens ou mais onde as passagens são em fluxo cruzado durante a permuta de calor, mas o syngas flui em um fluxo geralmente cruzado ou na direção contrária ao fluxo com relação aos fluxos de ar, combustível e hidrocarbono gasoso na placa de alimentação de reagente 260. A placa de syngas 230 também inclui penetrações de corrente de alimentação de ar 235 e 236, penetração de corrente de ar de combustão 237, penetração de corrente de alimentação de combustível 238, penetração de corrente de mistura de combustível e ar 247, penetrações de corrente de combustível de gás de combustão 239 e 240, penetrações de corrente de alimentação de hidrocarbono gasoso 241 e 242, penetrações de corrente de syngas 243 e 244 e penetrações de corrente de água 245 e 246.
Com referência à figura 2c, a placa de alimentação de reagente 260 possui um percurso de fluxo de corrente de água 261 que conecta as entradas de corrente de água 262 e as saídas de corrente de água 263 como ilustrado na parte esquerda inferior da placa de alimentação de reagente 260. O percurso de fluxo de corrente de água 261 pode compreender um ou múltiplos canais de fluxo independente 264. Essa parte da placa de alimentação de reagente 260, quando formada em um permutador de calor corresponde às correntes de fluxo de água para o permutador de calor 109 como indicado na figura 1a. Os canais de fluxo 264 e saliências adjacentes podem ser dimensionados para fornecer a contenção segura de pressão e uma combinação barata de capacidade de transferência de calor e queda de pressão. Em algumas modalidades, os canais de fluxo independente 254 podem, cada um, compreender uma seção transversal geralmente semicircular e pode ter as dimensões descritas na Tabela 1. Em algumas modalidades, os canais de fluxo independente 264 podem, cada um, possuir uma seção transversal semicircular com uma largura de cerca de 1,90 mm., uma profundidade de cerca de 1,10 mm., e cerca de 0,4 mm. de saliências. Apesar de um número específico de canais de fluxo independente 264 ser ilus- trado, deve-se compreender que o percurso de fluxo de corrente de água 261 pode compreender qualquer número adequado de canais de fluxo independente configurados adequadamente de acordo com as necessidades individuais do sistema.
Apesar de a figura 2c ilustrar o percurso de fluxo de corrente de água 261 como um percurso de fluxo de múltiplas passagens, o percurso de fluxo 261 também pode compreender um percurso de fluxo contrário direto, um fluxo simultâneo, um fluxo cruzado ou fluxo de passagem única compreendendo múltiplos canais independentes. Em algumas modalidades o percurso de fluxo de corrente de água 261 pode compreender mais de uma passagem, cada passagem compreendendo uma única reversão na direção de fluxo, tal como de 2 a 100 passagens, de 5 a 75 passagens, de 10 a 60 passagens, de 15 a 50 passagens ou de 20 a 40 passagens. Preferivelmente, o percurso de fluxo de corrente de água 261 compreende um percurso de fluxo de múltiplas passagens possuindo 5 passagens ou mais, 10 passagens ou mais, 15 passagens ou mais, 20 passagens ou mais, 25 passagens ou mais, ou 30 passagens ou mais onde as passagens são em fluxo contrário durante a permuta de calor, mas fluem em uma direção geralmente contrária ao fluxo com relação ao fluxo da corrente de syngas. A placa de alimentação de reagente 260 também inclui o percurso de fluxo de alimentação de ar 265 com a entrada de alimentação de ar 266 e a saída de alimentação de ar 267, o percurso de fluxo de alimentação de ar de combustão 268, com a entrada de alimentação de ar de combustão 269, o percurso de fluxo de alimentação de combustível 270 com a entrada de alimentação de combustível 271 e a saída de mistura de combustível e ar 272, o percurso de fluxo de combustível de gás de combustão 273 com a entrada de combustível de gás de combustão 274 e a saída de combustível de gás de combustão 275 e o percurso de fluxo de hidrocarbono gasoso 276 com entrada de hidrocarbono gasoso 277 e saída de hidrocarbono gasoso 278. Cada um dos percursos de fluxo 265, 268, 270, 273 e 276 pode compreender um ou múltiplos canais de fluxo independentes 279, 280, 281,282 e 283, respectivamente. Em geral, cada um dos canais de fluxo independen- tes 279, 280, 281, 282 e 283 e saliências adjacentes podem ser dimensionados para fornecer a contenção segura de pressão e uma combinação barata de capacidade de transferência de calor e queda de pressão. Em algumas modalidades, os canais de fluxo independentes 279, 280, 281, 282 e 283 podem compreender, cada um, independentemente, uma seção transversal geralmente semicircular e podem, cada um, possuir, independentemente, as dimensões descritas na Tabela 1. Em algumas modalidades, canais de fluxo independentes 279, 280, 281, 282 e 283 podem possuir, cada um, uma seção transversal semicircular com uma largura de cerca de 1,90 mm., uma profundidade de cerca de 1,10 mm. e cerca de 0,4 mm. de saliências. Em algumas modalidades, as partes de entrada e saída dos canais de fluxo independentes 283 podem, cada uma, possuir uma seção transversal semicircular com uma largura de cerca de 1,75 mm., uma profundidade de cerca de 1,00 mm. e 0,5 mm. de saliências. Apesar de um número específico de canais de fluxo independentes 279, 280, 281,282 e 283 ser ilustrado, deve-se compreender que os percursos de fluxo 265, 268, 270, 273 e 276 podem compreender de forma independente qualquer número adequado de canais de fluxo independentes configurados de forma adequada de acordo com as necessidades individuais do sistema.
Apesar de a figura 2c ilustrar os percursos de fluxo 265, 268, 270, 273 e 276 como percurso de fluxo cruzado direto ou de fluxo de passagem única, em algumas modalidades os percursos de fluxo 265, 268, 270, 273 e 276 podem compreender independentemente mais de uma passagem, cada passagem compreendendo uma única reversão na direção de fluxo, tal como de 2 a 20 passagens, 2 a 10 passagens ou 2 a 5 passagens. Preferivelmente, os percursos de fluxo 265, 268, 270, 273 e 276 compreendem, cada um, um percurso de fluxo de fluxo cruzado de passagem direta ou única. Na figura 2c, o percurso de fluxo de ar de combustão 268 é configurado para fornecer a mistura de corrente de ar de combustão 114 da figura 1a, com a corrente de alimentação de combustível 105 dentro do permutador 110 direcionando o ar que flui através do percurso de fluxo 268 e o combustível que flui no percurso de fluxo 270 para a mesma saída, a saída da mistu- ra de combustível e ar 272. Quando configurado dessa forma, não há união separada dessas correntes a jusante do permutador de calor de recuperação de calor de syngas 110 como apresentado na figura 1a. A placa de alimentação de reagente 260 também inclui penetrações de corrente de alimentação de ar 285 e 286, penetração de corrente de ar de combustão 287, penetração de corrente de alimentação de combustível 288, penetração de corrente de mistura de combustível e ar 289, penetrações de corrente de combustível de gás de combustão 290 e 291, penetrações de corrente de alimentação de hidrocarbono gasoso 292 e 293, penetrações de corrente de syngas 294 e 295 e penetrações de corrente de água 296 e 297.
Em algumas modalidades, as placas utilizadas para formar as modalidades do permutador de calor de recuperação de calor de syngas 110 podem ser empilhadas e unidas por difusão ou por outro meio em qualquer ordem adequada para formar um permutador de calor. Em algumas modalidades, as placas podem se empilhadas e unidas por difusão ou por outro meio na ordem que se segue: pelo menos uma placa de extremidade (não ilustrada), 1 placa de limite 210, múltiplas células de permuta de calor, cada célula de permuta de calor compreendendo uma placa de alimentação de reagente 260 seguida por uma placa de syngas 230, uma placa de alimentação de reagente adicional 260, uma placa de limite 210, e pelo menos uma placa de extremidade (não ilustrada). De acordo, em algumas modalidades a ordem das placas de permuta de calor de circuito impresso em uma determinada pilha pode ter o seguinte padrão (placa de extremidade = "E", placa de limite 210 = "B", placa de alimentação de reagente 260 = "R", placa de alimentação de syngas 230 = "S"): E B R S R S R S...R S R B E. As placas de extremidade podem ser placas em branco sem qualquer conjunto de circuito de percurso de fluxo e podem ser isoladas para melhorar a transferência de calor e a perda de calor limite. As placas de extremidade podem servir como tampas para as câmaras e percursos de acesso a fluxo formados pelo alinhamento das penetrações e conexão de suporte das correntes relevantes para o permutador de calor 110, tal como através das portas ou cabeçotes em conexão por fluido com as câmaras e percursos de fluxo. De acordo, as placas de extremidade devem ser espessas o suficiente para acomodar as pressões em cada uma das penetrações e para suportar as portas e cabeçotes. Em algumas modalidades, uma placa de extremidade única é utilizada para cada extremidade do permutador 164, onde a placa de extremidade é mais espessa do que as outras placas. Em outras modalidades, múltiplas placas de extremidade podem ser utilizadas em cada extremidade para fornecer espessura suficiente para suportar ou fornecer os cabeçotes ou portas.
Em algumas modalidades, o permutador de calor de recuperação de calor de syngas 110 compreende de 5 a 30 células de permuta de calor, tal como de 7 a 25, de 8 a 20, de 9 a 17 ou de 10 a 15 células de permuta de calor, cada célula de permuta de calor compreendendo uma placa de alimentação de reagente 260 e uma placa de syngas 230 Nas modalidades preferidas para a reforma de 2 SCMH de gás natural utilizando o off-gas PSA como combustível, o permutador de calor de recuperação de calor de syngas 110 compreende pelo menos 14 células de permuta de calor. Em uma modalidade preferida, o permutador de calor de recuperação de gás de syngas 110 compreende 2 placas de limite 210, 14 células de permuta de calor e uma placa de alimentação de reagente adicional 260 e 5 placas de extremidade e compreende placas que possuem, cada uma, 1,65 mm. de espessura fornecendo uma pilha que tem 57,75 mm. de altura. O número de placas e células de permuta de calor pode ser modificado de acordo com as necessidades de produção, eficiência de permuta de calor, número de correntes de alimentação e outros parâmetros.
Quando as várias placas são empilhadas e unidas por difusão ou por outros meios para formar um permutador de calor, preferivelmente as várias penetrações correspondentes em cada uma das placas são alinhadas para formar os percursos de acesso de fluxo ou câmeras para as várias alimentações de reagente. Em algumas modalidades, as penetrações de corrente de alimentação de ar 215, 235 e 285 e 216, 236 e 286 são alinhadas para formar os percursos de fluxo de acesso ou câmaras através dos quais a corrente de alimentação de ar 107 pode ser suprida para e pode sair, respectivamente, das placas de alimentação de reagente 260 do permutador de calor. Em algumas modalidades, as penetrações da corrente de ar de combustão 217, 237 e 287 são alinhadas para formar os percursos de fluxo de acesso ou câmaras através dos quais a corrente de ar de combustão 114 pode ser suprida para as placas de alimentação de reagente 260 do permutador de calor. Em algumas modalidades, as penetrações de corrente de alimentação de combustível 218, 238, e 288 são alinhadas para formar percursos de fluxo de acesso ou câmaras através dos quais a corrente de alimentação de combustível 105 pode ser suprida para as placas de alimentação de reagente 260 do permutador de calor. Em algumas modalidades, as penetrações de corrente de mistura de combustível e ar 227, 247 e 289 são alinhadas para formar os percursos de fluxo de acesso ou câmaras através dos quais a corrente de alimentação de combustível 108 em combinação com a corrente de ar de combustão 114 pode sair das placas de alimentação de reagente 260 do permutador de calor. Em algumas modalidades, as penetrações de corrente de alimentação de gás de combustão 219, 239 e 290 e 220, 240 e 291 são alinhadas para formar os percursos de fluxo de acesso ou câmaras através dos quais a corrente de combustível de gás de combustão 112 pode ser suprida para e pode sair, respectivamente, das placas de alimentação de reagente 260 do permutador de calor. Em algumas modalidades, as penetrações de corrente de alimentação de hidrocarbono gasoso 221, 241 e 282 e 222, 242 e 293 são alinhadas para formar os percursos de fluxo de acesso ou câmaras através dos quais a corrente de alimentação de hidrocarbono gasoso 102 pode ser suprida para e pode sair, respectivamente, das placas de alimentação de reagente 260 do permutador de calor. Em algumas modalidades, as penetrações de corrente de gás syngas 213, 231 e 294 e 224, 244 e 295 são alinhadas para formar os percursos de fluxo de acesso ou câmaras através dos quais a corrente de syngas 190 pode ser suprida para e pode sair, respectivamente, das placas de syngas 230 e placas de limite 210 do permutador de calor. Em algumas modalidades, as penetrações de corrente de alimentação de água 225, 245 e 277 e 226, 246 e 296 são alinhadas para formar os percursos de fluxo de acesso ou câmaras através dos quais a corrente de alimentação de água 108 pode ser suprida para e pode sair, respectivamente, das placas de alimentação de reagente 260 do permutador de calor.
Em adição ao alinhamento das várias penetrações, o empilha-mento das placas coloca preferivelmente os canais independentes que criam os percursos de fluxo 265, 268, 270, 273 e 276 em proximidade com os canais independentes que criam os percursos de fluxo 211 e/ou 233 para facilitar a transferência de calor entre as correntes relevantes através das paredes dos respectivos canais independentes.
Em operação, a corrente de hidrocarbono gasoso 102 pode entrar no permutador de calor de recuperação de calor de syngas 110 essencialmente na pressão e temperatura que entra no sistema reformador 100 e pode deixar o permutador 110 em uma pressão entre 1 mPaa e 10 mPaa, tal como entre 1 mPaa e 9 mPaa, entre 1 mPaa e 7,5 mPaa, entre 1 mPaa e 6 mPaa, entre 1 mPaa e 5 mPaa, entre 1 mPaa e 4 mPaa, entre 1 mPaa e 3 mPaa, entre 1 mPaa e 2 mPaa, entre 1 mPaa e 1,8 mPaa, entre 1,1 mPaa e 1,7 mPaa, entre 1,2 mPaa e 1,6 mPaa, entre 1,3 mPaa e 1,5 mPaa, ou entre 1,35 mPaa e 1,45 mPaa e em uma temperatura entre 200 C e 375 C, tal como entre 225 C e 375 C, entre 250 C e 370 C, entre 275 e 365 C, entre 300 e 360 C ou entre 325 C e 355 C. Preferivelmente, a temperatura da corrente 102 que deixa o permutador de calor de recuperação de calor de syngas 110 está entre 100°C de temperatura da corrente de syngas 190, tal como entre 90°C, 80°C, 70°C, 60° C, 50°C, 40°C, 30°C ou 20°C da temperatura da corrente de syngas 190. Preferivelmente, a queda de pressão para a corrente de hidrocarbono gasoso 102 através do permutador 110 é inferior a 50 kPa (0,50 bar), tal como, por exemplo, menos de 40 kPa (0,40 bar), menos de 30 kPa (0,30 bar), menos de 20 kPa (0,20 bar) ou menos de 10 kPa (0,10 bar).
Em algumas modalidades, a corrente de alimentação de combustível 105 pode entrar no permutador de calor de recuperação de calor de syngas 110 a uma pressão inferior a 1 kPa, tal como inferior a 800 kPa, inferior a 500 kPa, inferior a 250 kPa, inferior a 100 kPa, inferior a 75 kPa, inferi- or a 50 kPa, inferior a 40 kPa, inferior a 30 kPa, inferior a 20 kPa, inferior a 15 kPa, inferior a 10 kPa ou inferior a 7,5 kPa. Em algumas modalidades, a corrente de alimentação de combustível 105 entra no permutador de calor de recuperação de calor de syngas 110 a qualquer temperatura adequada, tal como a temperatura de suprimento ou temperatura ambiente. Em algumas modalidades, a corrente de alimentação de combustível 105 entra no permutador de calor de recuperação de calor de syngas 110 a uma temperatura de entre -40°C e 350°C, tal como entre -30°C e 300°C, entre -20°C e 250°C, entre -10°C e 200°C, entre -5°C e 150°C, entre 0°C e 100°C, entre 0°C e 50°C, entre 5°C e 40°C C, entre 10°C e 35°C, entre 15°C e 30°C ou entre 20°C e 25°C. Em algumas modalidades, a corrente de alimentação de combustível 105 pode deixar o permutador 110 a uma pressão inferior a 10 kPa, tal como inferior a 800 kPa, inferior a 500 kPa, inferior a 250 kPa, inferior a 100 kPa, inferior a 75 kPa, inferior a 50 kPa, inferior a 40 kPa, inferior a 30 kPa, inferior a 20 kPa, inferior a 15 kPa, inferior a 10 kPa ou inferior a 75 kPa e a uma temperatura entre 200 °C e 375 °C, tal como entre 225 °C e 375 °C, entre 250 °C e 370 °C, entre 275 e 365 °C, entre 300 e 360 °C ou entre 325 °C e 355 °C. Preferivelmente, a temperatura da corrente 105 que deixa o permutador de calor de recuperação de calor de syngas 110 está dentro de 100 °C da temperatura da corrente de syngas 190, tal como dentre 90 °C, 80 °C, 70 °C, 60 °C, 50 °C, 40 °C, 30 °C ou dentro de 20 °C da temperatura do vapor de syngas 190. Preferivelmente, a queda de pressão para a corrente de alimentação de combustível 105 através do permutador 110 é inferior a 10 bar, tal como inferior a 9 bar, inferior a 7 bar, inferior a 6 bar ou inferior a 5 bar. A corrente de combustível de gás de combustão 112 pode entrar no permutador de calor de recuperação de calor de syngas 110 a uma pressão inferior a 1 kPa, tal como inferior a 800 kPa, inferior a 500 kPa, inferior a 250 kPa, inferior a 100 kPa, inferior a 75 kPa, inferior a 50 kPa, inferior a 40 kPa, inferior a 30 kPa, inferior a 20 kPa, inferior a 15 kPa, inferior a 10 kPa ou inferior a 7,5 kPa e a qualquer temperatura adequada, tal como na temperatura de suprimento ou temperatura ambiente, ou tal como a uma tempe- ratura entre -40 °C e 350 °C, tal como entre -30 °C e 300 °C, entre -20 °C e 250 °C, entre -10 °C e 200 °C, entre -5 °C e 150 °C, entre 0 °C e 100 °C, entre 0 °C e 50 °C, entre 5 °C e 40 °C, entre 10 °C e 35 °C, entre 15 °C e 30 °C ou entre 20 °C e 25 °C. Em algumas modalidades, a corrente de combustível de gás de combustão 112 pode deixar o permutador 110 a uma pressão inferior a 1 mPa, tal como inferior a 800 kPa, inferior a 500 kPa, inferior a 250 kPa, inferior a 100 kPa, inferior a 75 kPa, inferior a 50 kPa, inferior a 40 kPa, inferior a 30 kPa, inferior a 20 kPa, inferior a 15 kPa, inferior a 10 kPa ou inferior a 75 kPa e a uma temperatura entre 200 °C e 375 °C, tal como entre 225 °C e 375 °C, entre 250 °C e 370 °C, entre 275 e 365 °C, entre 300 e 360 °C, ou entre 325 °C e 355 °C. Preferivelmente, a temperatura a corrente 112 que deixa o permutador de calor de recuperação de calor de syngas 110 está dentro da faixa de 100 °C da temperatura da corrente de syngas 190, tal como dentro de 90 °C, 80 °C, 70 °C, 60 °C, 50 °C, 40 °C, 30 °C ou dentro de 20 °C da temperatura da corrente de syngas 190. Preferivelmente, a queda de pressão para a corrente de combustível de gás de combustão 112 através do permutador 110 é inferior a 100 bar, tal como inferior a 9 bar, inferior a 7 bar, inferior a 6 bar, ou inferior a 5 bar. A corrente de ar de combustão 114 pode entrar no permutador de calor de recuperação de calor de syngas 110 a uma pressão inferior a 1 kPa, tal como inferior a 75 kPa, inferior a 50 kPa, inferior a 40 kPa, inferior a 30 kPa, inferior a 20 kPa, inferior a 15 kPa, inferior a 10 kPa ou inferior a 7,5 kPa e a qualquer temperatura adequada, tal com na temperatura de suprimento ou na temperatura ambiente, ou tal como em uma temperatura entre -40 °C e 350 °C, tal como entre -30 °C e 300 °C, entre -20 °C e 250 °C, entre -10 °C e 200 °C, entre -5 °C e 150 °C, entre 0°Ce 100 °C, entre 0 °C e 50 °C, entre 5 °C e 40 °C, entre 10 °C e 35 °C, entre 15 °C e 30 °C ou entre 20 °C e 25 °C. Em algumas modalidades, a corrente de ar de combustão 114 pode deixar o permutador 110 a uma pressão inferior a 100 kPa, tal como inferior a 75 kPa, inferior a 50 kPa, inferior a 40 kPa, inferior a 30 kPa, inferior a 20 kPa, inferior a 15 kPa, inferior a 10 kPa ou inferior a 7,5 kPa e a uma temperatura entre 200 °C e 375 °C, tal como entre 225 °C e 375 °C, entre 250 °C e 370 °C, entre 275 e 365 °C, entre 300 e 360 °C ou entre 325 °C e 355 °C. Preferivelmente, a temperatura da corrente 114 que deixa o permutador de calor de recuperação de calor de syngas 110 está dentro de 100 °C da temperatura da corrente de syngas 190, tal como dentro de 90 °C, 80 °C, 70 °C, 60 °C, 50 °C, 40 °C, 30 °C ou dentro de 20 °C da temperatura da corrente de syngas 190. Preferivelmente, a queda de pressão para a corrente de ar de combustão 114 através do permutador 110 é inferior a 10 bar, tal como inferior a 9 bar, inferior a 7 bar, inferior a 6 bar ou inferior a 5 bar. A corrente de alimentação de ar 107 pode entrar no permutador de calor de recuperação de calor de syngas 110 a uma pressão inferior a 1 kPa, tal como inferior a 75 kPa, inferior a 50 kPa, inferior a 40 kPa, inferior a 30 kPa, inferior a 20 kPa, inferior a 15 kPa, inferior a 10 kPa ou inferior a 7,5 kPa e a qualquer temperatura adequada, tal como na temperatura de suprimento ou temperatura ambiente, ou tal como a uma temperatura entre -40 °C e 350 °C, tal como entre -30 °C e 300 °C, entre -20 °C e 250 °C, entre -10 °C e 200 °C, entre -5 °C e 150 °C, entre 0 °C e 100 °C, entre 0 °C e 50 °C, entre 5 °C e 40 °C, entre 10 °C e 35 °C, entre 15 °C e 30 °C ou entre 20 °C e 25 °C. Em algumas modalidades, a corrente de alimentação de ar 107 pode deixar o permutador 110 a uma pressão inferior a 100 kPa, tal como inferior a 75 kPa, inferior a 50 kPa, inferior a 40 kPa, inferior a 30 kPa, inferior a 20 kPa, inferior a 15 kPa, inferior a 10 kPa ou inferior a 7,5 kPa e a uma temperatura entre 200 °C e 375 °C, tal como entre 225 °C e 375 °C, entre 250 °C e 370 °C, entre 275 e 365 °C, entre 300 e 360 °C, ou entre 325 °C e 355 °C. Preferivelmente, a temperatura da corrente 107 que deixa o permutador de calor de recuperação e calor de syngas 110 está dentro de 100 °C da temperatura da corrente de syngas 190, tal como dentro de 90 °C, 80 °C, 70 °C, 60 °C, 50 °C, 40 °C, 30 °C ou dentro de 20 °C da temperatura da corrente de syngas 190. Preferivelmente, a queda de pressão para a corrente de alimentação de ar 107 através do permutador 110 é inferior a 10 kPa, tal como inferior a 9 kPa, inferior a 7 kPa, inferior a 6 kPa ou inferior a 5 kPa. A corrente de syngas 190 pode entrar no permutador de calor de recuperação de calor de syngas 110 a uma temperatura de entre 200 °C e 450 °C, tal como entre 300 °C e 420 °C, entre 325 °C e 400 °C, entre 350 °C e 400 °C, entre 375 °C e 400 °C, entre 385 °C e 400 °C, ou entre 385 °C e 395 °C e a uma pressão abaixo da pressão da corrente de syngas 180 que deixa o módulo reformador 150, tal como entre 1 mPaa e 10 mPaa, entre 1 mPaa e 9 mPaa, entre 1 mPaa e 75 mPaa, entre 1 mPaa e 6 mPaa, entre 1 mPaa e 5 mPaa, entre 1 mPaa e 4 mPaa, entre 1 mPaa e 3 mPaa, entre 1 mPaa e 2 mPaa, entre 1 mPaa e 1,8 mPaa, entre 1,1 mPaa e 1,7 mPaa, entre 1,2 mPaa e 1,6 mPaa, entre 1,3 mPaa e 1,5 mPaa ou entre 1,35 mPaa e 1.45 mPaa e pode deixar o permutador 110 a uma temperatura de entre 75 °C e 200 °C, entre 100 °C e 180 °C, entre 125°C e 170 °C, ou entre 130 °C e 150 °C e a uma pressão entre 1 mPaa e 10 mPaa, tal como entre 1 mPaa e 9 mPaa, entre 1 mPaa e 7,5 mPaa, entre 1 mPaa e 6 mPaa, entre 1 mPaa e 5 mPaa, entre 1 mPaa e 4 mPaa, entre 1 mPaa e 3 mPaa, entre 1 mPaa e 2 mPaa, entre 1 mPaa e 1,8 mPaa, entre 1,1 mPaa e 1,7 mPaa, entre 1,2 mPaa e 1,6 mPaa, entre 1,3 mPaa e 1,5 mPaa ou entre 1,35 mPaa e 1.45 mPaa. Preferivelmente, a queda de pressão para a corrente de syngas 114 através do permutador 110 é inferior a 50 kPa, tal como, por exemplo, inferior a 40 kPa, inferior a 30 kPa, inferior a 20 kPa ou inferior a 1 mPa. A corrente de syngas 191 que deixa o permutador de calor de recuperação de calor de syngas 110 pode prosseguir para o permutador de calor 109, onde pode permutar calor com a corrente de água 108. Preferivelmente, o permutador de calor 109 é combinado com o permutador de calor 110 em um PCHE único A corrente de syngas pode entrar no permutador de calor 109 (como uma parte do permutador de calor 109 ou separadamente) na temperatura e pressão com as quais deixou o permutador de calor 110 e pode deixar o permutador 109 a uma temperatura de entre 75 °C e 200 °C, entre 100 °C e 180 °C, entre 125 °C e 170 °C ou entre 130 °C e 150 °C e a uma pressão de entre 10 mPaa e 100 mPaa, entre 1 mPaa e 9 mPaa, entre 1 mPaa e 7,5 mPaa, entre 1 mPaa e 6 mPaa, entre 1 mPaa e 5 mPaa, entre 1 mPaa e 4 mPaa, entre 1 mPaa e 3 mPaa, entre 1 mPaa e 2 mPaa, entre 1 mPaa e 1,8 mPaa, entre 1,1 mPaa e 1,7 mPaa, entre 1,2 mPaa e 1,6 mPaa, entre 1,3 mPaa e 1,5 mPaa ou entre 1,35 mPaa e 1,45 mPaa. Preferivelmente, a corrente de água 108 deixa o permutadorde calor 109 dentro de 20 °C da temperatura da corrente de syngas 191. A corrente de água 108 pode entrar no permutador de calor 109 (como uma parte do permutador de calor 110 ou separadamente) essencialmente na mesma temperatura e pressão que entrou no sistema 100 e pode deixar o permutador de calor 109 a uma temperatura de entre 95 °C e 200 °C, tal como entre 110 °C e 190 °C, entre 115 °C e 180 °C, entre 120 °C e 170 °C ou entre 130 °C e 150 °C e a uma pressão igual a ou acima da pressão da corrente 180 que deixa o módulo reformador 150, tal como entre 1 mPaa e 10 mPaa, entre 1 mPaa e 9 mPaa, entre 1 mPaa e 7,5 mPaa, entre 1 mPaa e 6 mPaa, entre 1 mPaa e 5 mPaa, entre 1 mPaa e 4 mPaa, entre 1 mPaa e 3 mPaa, entre 1 mPaa e 2 mPaa, entre 1 mPaa e 1,8 mPaa, entre 1,1 mPaa e 1,7 mPaa, entre 1,2 mPaa e 1,6 mPaa, entre 1,3 mPaa e 1,5 mPaa ou entre 1,35 mPaa e 1,45 mPaa. A corrente de ar de combustão 114 pode ser combinada com a corrente de alimentação de combustível 105 dentro do permutador de calor de recuperação de calor de syngas 110 ou depois de deixar o permutador de calor 110 como ilustrado na figura 1a para formar uma corrente de mistura de combustível e ar 118 e uma corrente de mistura de combustível e ar 118 pode ser dividida através do divisor de fluxo de combustível e ar 116 em uma mistura preaquecida de combustível 119 e uma mistura preaquecida de ar 117. O divisor de fluxo de combustível e ar 116 pode ser uma junção de tubulação ou qualquer outro mecanismo de divisão de fluxo adequado, podendo incluir uma válvula, ou outro dispositivo de divisão adequado para controlar o fluxo ou o fluxo de combustível e ar pode ser dividido e o fluxo controlado utilizando-se um meio passivo que mantém a razão de combustível e ar a jusante desejada para alimentação para o preaquecedor de combustível 120 e o preaquecedor de ar 122 por toda uma ampla faixa de magnitudes de fluxo. Alternativamente, em algumas modalidades, os detalhes da configuração das correntes de combustível e ar que entram e saem do permutador de calor de recuperação de calor de syngas e que prosseguem para os preaquecedores podem aparecer como na figura 1b. A figura 1b ilustra a corrente de alimentação de combustível 105, a corrente de ar de combustão 114, e a corrente de alimentação de ar 107 que entram em uma parte do permutador de calor de recuperação de calor de syngas 110. Na figura 1 b, a corrente de ar de combustão 114 não combina com a corrente de alimentação de combustível 105 antes de entrar no preaquecedor de combustível 120 e ao invés disso se une à corrente de preaquecimento de combustível 119a, que não é uma mistura de ar e combustível nessa modalidade, no preaquecedor 120. Em tal caso, a corrente de alimentação de combustível 105 pode ser dividida em corrente de combustível de preaquecimento de ar 117a e corrente de preaquecimento de combustível 119a, sem que qualquer corrente inclua ar da corrente de ar de combustão 114, e a corrente de combustível 117a pode ser alimentada como uma corrente de combustível puro no preaquecedor de ar 122. Em tal caso, os detalhes da rede de resistência e dos equilíbrios de pressão na figura 15 serão ligeiramente diferentes. Em algumas modalidades, tal como as modalidades nas quais o teor de hidrogênio e monóxido de carbono das correntes de combustível é suficiente para uma combustão catalítica, os preaquecedores 120 e 122 podem ser configurados para misturar as correntes de combustível puro e ar que entram antes de passar a corrente misturada para os leitos de catalisador ou câmaras para combustão catalítica. Alternativamente, os preaquecedores 120 e 122 podem ser configurados com uma fonte de ignição para inicialização, tal como uma fonte de fagulha ou um elemento de aquecimento, para fornecer a combustão não catalítica (homogênea) de toda ou de pelo menos uma parte da corrente de combustível. Em tais casos, pelo menos uma parte da combustão não catalítica precisaria ocorrer em uma chama de difusão, enquanto parte da combustão não catalítica poderia ocorrer em uma chama pré-misturada. Os preaquecedores podem ser configurados também para combustão não catalítica e combustão catalítica da corrente de combustível.
Com referência à figura 1a, a mistura de preaquecimento de combustível 119 pode ser parcialmente comburada cataliticamente no preaquecedor de combustível 120 para fornecer calor para a reforma da corrente de combustível 124. O preaquecedor de combustível 120 pode ser qualquer câmara de combustão catalítica adequada na qual o combustível na mistura de preaquecimento de combustível 119 é parcialmente cataliticamente com-burada, e pode compreender um reator catalítico separado carregado com catalisador estruturado ou não estruturado ou pode compreender uma seção modificada do tubo que foi carregada com catalisador estruturado ou não estruturado. Em algumas modalidades, o combustível na mistura preaqueci-da de combustível 119 é apenas parcialmente cataliticamente comburada visto que a quantidade de ar na mistura preaquecida de combustível 119 é deliberadamente insuficiente para comburar completamente o combustível. Nas modalidades preferidas, onde a mistura preaquecida de combustível 119 que entra no preaquecedor de combustível 120 está abaixo das temperaturas de formação de pó de metal e a corrente de combustível de reformador 124 está acima das temperaturas de formação de pó de metal, as condições de formação de pó de metal podem ocorrer no preaquecedor de combustível 120, e, portanto, o preaquecedor de combustível 120 é preferivelmente construído a partir de metal resistente à formação de pó de metal ou a partir do metal revestido com um revestimento resistente à formação de pó de metal e/ou é configurado para realizar reparo, remoção e/ou substituição rápidos.
Preferivelmente, a mistura preaquecida de combustível 119 está a uma temperatura abaixo das condições de formação de pó de metal tal como a uma temperatura abaixo de 400 °C, tal como abaixo de 375 °C, abaixo de 360 °C, abaixo de 350 °C, abaixo de 325 °C, ou abaixo de 300 °C. Preferivelmente, a pressão da mistura preaquecida de combustível 119 é inferior a 1 mPa, tal como inferior a 800 kPa, inferior a 500 kPa, inferior a 250 kPa, inferior a 100 kPa, inferior a 7,5 kPa, inferior a 50 kPa, inferior a 40 kPa, inferior a 30 kPa, inferior a 20 kPa, inferior a 15 kPa, inferior a 10 kPa ou inferior a 7,5 kPa. Preferivelmente, a quantidade de ar na mistura preaquecida de combustível 119 é apenas suficiente, quando totalmente consumido em combustível excessivo, para fornecer a temperatura de combustível de reformador necessária, sem qualquer controle adicional do reator sendo necessário.
Preferivelmente, a corrente de combustível de reformador 124 está a uma temperatura acima das condições de formação de pó de metal, tal como a uma temperatura acima de 775 °C, 780 °C, acima de 785 °C, acima 790 °C, acima de 795 °C, acima de 800 °C, acima de 805 °C, acima de 810 °C, ou acima de 815 °C. Preferivelmente, a pressão da corrente de combustível de reformador 124 é inferior a 10 kPa, tal como inferior a 8 kPa, inferior a 5 kPa, inferior a 2,5 kPa, inferior a 1 kPa, inferior a 0,75 kPa, inferior a 0,5 kPa, inferior a 0,4 kPa, inferior a 0,3 kPa, inferior a 0,2 kPa, inferior a 0,15 kPa, inferior a 0,10 kPa, ou inferior a 0,075 kPa ou inferior a 0,05 kPa. A mistura preaquecida de ar 117 pode ser comburada no prea-quecedor 122 na presença da corrente de alimentação de ar 107 para formar a corrente de ar de reforma 126. O preaquecedor de ar 122 pode ser qualquer câmara de combustão catalítica adequada na qual o combustível na mistura preaquecida de ar 117 é cataliticamente comburada e pode compreender um reator catalítico separado carregado com catalisador estruturado ou não estruturado ou pode compreender uma seção modificada do tubo que foi carregada com o catalisador estruturado ou não estruturado. Diferentemente do preaquecedor de combustível 120, o combustível na mistura preaquecida de ar 117 é completamente ou substancialmente completamente cataliticamente comburada visto que a quantidade de ar no preaquecedor de ar 122 não está limitada para conservar o combustível para combustão adicional a jusante. Nas modalidades preferidas, onde a mistura preaquecida de ar 117 entra no preaquecedor de combustível 122 está abaixo das temperaturas de formação de pó de metal, e a corrente de ar de reformador 126 está acima das temperaturas de formação de pó de metal, as condições de formação de pó de metal podem ocorrer no preaquecedor 122, e, portanto, o preaquecedor de ar 122 é preferivelmente construído a partir de metal resistente à formação de pó de metal ou a partir de metal revestido com um revestimento resistente à formação de pó de metal e/ou é configurado para realizar um reparo, remoção ou substituição fáceis. Pela localização da ocorrência das condições de formação de pó de metal ou limitação dos compo- nentes dentro do sistema reformador 100 que são expostos às condições de formação de pó de metal, o custo do sistema e a facilidade de uso e repa-ro/manutenção podem ser minimizados.
Em geral, a mistura preaquecida de ar 117 está a uma temperatura abaixo das condições de formação de pó de metal, tal como a uma temperatura abaixo de 400 °C, tal como abaixo de 375 °C, abaixo de 360 °C, abaixo de 350 °C, abaixo de 325 °C, abaixo de 300 °C. Preferivelmente, a pressão da mistura preaquecida de ar 122 é inferior a 100 kPa, tal como inferior a 75 kPa, inferior a 50 kPa, inferior a 40 kPa, inferior a 30 kPa, inferior a 20 kPa, inferior a 15 kPa, inferior a 10 kPa, inferior a 7,5 kPa, ou inferior a 5 kPa. Preferivelmente, a quantidade de combustível na mistura preaquecida de ar 117 é apenas suficiente, quando totalmente comburada em ar excessivo, para fornecer a temperatura de ar de reformador necessária, sem qualquer controle adicional do reator sendo necessário. A corrente de alimentação de ar 107 pode entrar no preaquece-dor de ar 122 essencialmente na temperatura e pressão nas quais deixa o permutador de calor de recuperação de calor de syngas 110, tal como a uma temperatura abaixo das condições de formação de pó de metal e pode deixar o preaquecedor de ar 122 como a corrente de ar de reformador 126 a uma temperatura acima das condições de formação de pó de metal, tal como a uma temperatura acima de 800 °C, acima de 815 °C, acima de 830 °C, acima de 840 °C, acima de 850 °C, acima de 860 °C, acima de 875 °C, acima de 890 °C, ou acima de 900 °C. Preferivelmente a pressão da corrente de ar de reformador 126 é inferior a 1 kPa, tal como inferior a 75 kPa, inferior a 50 kPa, inferior a 40 kPa, inferior a 30 kPa, inferior a 20 kPa, inferior a 15 kPa, inferior a 10 kPa, inferior a 7,5 kPa, ou inferior a 5 kPa. Como ilustrado na figura 1a, depois de deixar o permutador de calor de recuperação de calor de syngas 110, a corrente de combustível de gás de combustão 112 é combinada com a corrente de gás de combustão 160 a partir do módulo de reformador 150 para formar a corrente de gás de combustão contendo combustível 162. A corrente de gás de combustão contendo combustível 162 é comburada no preaquecedor de gás de combustão 175 através da combus- tão catalítica dos componentes de combustível na corrente de gás de combustão contendo combustível 162, formando a corrente de gás de combustão aquecida 163. Alternativamente, a corrente de combustível de gás de combustão 112 pode alimentar diretamente o preaquecedor de gás de combustão 175, onde pode misturar com a corrente e gás de combustão 160 e então ser comburada para formar a corrente de gás de combustão aquecida 163 A corrente de gás de combustão aquecida 163 pode fornecer calor adicional para a corrente de água 108 no permutador de calor 164 depois que a corrente de água 108 deixa o permutador de calor 109. A partir daí a corrente de gás de combustão aquecida 163 pode ser exaurida como gás de combustão ou pode prosseguir para processamento a jusante adicional. O preaquecedor de gás de combustão 175 pode ser qualquer câmara de combustão catalítica adequada na qual o combustível na corrente de gás de combustão contendo combustível 162 (ou na corrente de combustível 112, quando a corrente de combustível 112 conecta diretamente com o preaquecedor de gás de combustão 175) é cataliticamente comburada para fornecer calor para a corrente de gás de combustão contendo combustível 162 e pode compreender um reator catalítico separado carregado com catalisador estruturado ou não estruturado ou pode compreender uma seção modificada de tubo que foi carregada com catalisador estruturado ou não estruturado. Preferivelmente, a corrente de gás de combustão contendo combustível 162 entra no preaquecedor de gás de combustão 175 a uma temperatura de entre 200 °C e 450 °C, tal como entre 225 °C e 440 °C, entre 250 e 425 °C, entre 275 e 420 °C, entre 300 e 410 °C, entre 325 e 400 °C, ou entre 350 e 390 °C e uma pressão inferior a 100 kPa, tal como inferior a 75 kPa, inferior a 50 kPa, inferior a 40 kPa, inferior a 30 kPa, inferior a 20 kPa, inferior a 15 kPa, inferior a 10 kPa, inferior a 7,5 kPa, ou inferior a 5 kPa e deixa o preaquecedor de gás de combustão 175 como corrente de gás de combustão aquecida 163 a uma temperatura entre 250 °C e 550 °C, tal como entre 275 e 525 °C, entre 300 e 500 °C, entre 350 e 490 °C, entre 375 e 475 °C, ou entre 400 e 450 °C, e a uma pressão de menos de 100 kPa, tal como inferior a 75 kPa, inferior a 50 kPa, inferior a 40 kPa, inferior a 30 kPa, inferior a 20 kPa, inferior a 15 kPa, inferior a 10 kPa, inferior a 7,5 kPa, ou inferior a 5 kPa. O permutador de calor 164 pode ser qualquer permutador de calor adequado para permutar calor a partir da corrente de gás de combustão aquecida 163 dentro da corrente de água 108. Em algumas modalidades, o permutador de calor 164 pode ser um PCHE. Em algumas modalidades, o permutador de calor 164 pode compreender um PCHE que é construído a partir de uma série de placas como ilustrado nas figuras 3a-b. As placas podem ser combinadas em uma pilha e unidas por difusão ou por outros meios uma à outra para formar o permutador de calor 164 para fornecer permuta de calor entre as correntes quente e fria que entram. Em geral os percursos de fluxo para cada uma das correntes podem ser formados nas placas por gravação, moagem ou outro processo adequado e podem ser configurados para fornecer a permuta de calor desejada, enquanto limitam a queda de pressão para uma ou mais correntes através do permutador de calor. Preferivelmente, as correntes que entram e saem do permutador 164 são mantidas em condições de temperatura, pressão e composição que evitam ou reduzem as condições de formação de pó de metal dentro do permutador de calor.
Com referência às figuras 3a-b, em algumas modalidades, o permutador de calor 164 pode compreender uma ou mais placas de alimentação de água 320 e uma ou mais placas de gás de combustão aquecido 350. Cada uma das placas pode ser construída a partir de materiais adequados para fins e condições presentes no permutador 164. Exemplos de materiais adequados para a construção das placas 320 e 350 incluem aço inoxidável 316 e aço inoxidável 304. As placas de alimentação de água 320 e as placas de gás de combustão aquecido 350 podem possuir independentemente as espessuras descritas na Tabela 1. Em algumas modalidades, as placas podem ter, cada uma, 16 mm. de espessura. A figura 3a ilustra a placa de fluxo de gás de combustão 350 com o percurso de fluxo de corrente de gás de combustão aquecido 351, que conecta as entradas de corrente de gás de combustão aquecido 353 e as saídas de corrente de gás de combustão aquecidas 356. As entradas de gás de combustão aquecido 353 podem dividir a corrente de gás de combustão aquecido 163 em múltiplos canais de fluxo independentes 355 compreendendo o percurso de fluxo de corrente de gás de combustão aquecido 351. As saídas de corrente de gás de combustão aquecido 356 podem re-combinar o fluxo nos canais de fluxo 355 para reformar a corrente de gás de combustão 163 à medida que deixa o permutador de calor 164. As entradas de corrente de gás de combustão aquecido 353 e as saídas de corrente de gás de combustão aquecido 356 conectam com a penetração de entrada de corrente de gás de combustão aquecido 358 e penetração de saída de corrente de gás de combustão aquecido 357 e a placa de fluxo de gás de combustão aquecido 350 também inclui penetração de entrada de água 354 e penetração de saída de água 352. Os canais de fluxo 355 e as saliências adjacentes podem ser dimensionados para fornecer a contenção segura de pressão e uma combinação econômica de capacidade de transferência de calor e queda de pressão. Em algumas modalidades, os canais de fluxo independentes 355 podem, cada um, compreender uma seção transversal geralmente semicircular e podem ter as dimensões descritas na Tabela 1. Em algumas modalidades, os canais de fluxo independentes 355 podem, cada um, ter uma seção transversal semicircular com uma largura de cerca de 1,9 mm., uma profundidade de cerca de 1,0 mm., e cerca de 0,4 mm. de saliências. Apesar de um número específico de canais de fluxo independentes 355 ser ilustrado, deve-se compreender que o percurso de fluxo de corrente de água 351 pode compreender qualquer número adequado de canais de fluxo independentes configurados adequadamente de acordo com as necessidades individuais do sistema.
Apesar de a figura 3a ilustrar o percurso de fluxo de corrente de gás de combustão aquecido 351 como um percurso de fluxo cruzado direto ou percurso de fluxo de passagem única, em algumas modalidades o percurso de fluxo de corrente de gás de combustão aquecido 351 pode compreender mais de uma passagem, cada passagem compreendendo uma reversão única na direção de fluxo, tal como de 2 a 20 passagens, 20 a 10 passagens, ou de 2 a 5 passagens. Preferivelmente, o percurso de fluxo de corrente de gás de combustão aquecido 351 compreende um fluxo cruzado direto ou percurso de fluxo de passagem único durante a permuta de calor flui em uma direção de fluxo contrário com relação ao fluxo geral da corrente de água. A figura 3b ilustra a placa de alimentação de água 320 possuindo um percurso de fluxo de corrente de água 321 que conecta com as entradas de corrente de água 326 e saídas de corrente de água 323. O percurso de fluxo de corrente de água 312 pode compreender um ou múltiplos canais de fluxo independentes 325. As entradas de corrente de água 326 e as saídas de corrente de água 323 conectam com a penetração de entrada de água 324 e penetração de saída de água 322, respectivamente, e a placa de alimentação de água 320 também inclui a penetração de saída de corrente de gás de combustão aquecido 327 e penetração de entrada de corrente de gás de combustão aquecido 328. Os canais de fluxo 325 e as saliências adjacentes podem ser dimensionados para fornecer a contenção segura de pressão e uma combinação barata de capacidade de transferência de calor e a queda de pressão. Em algumas modalidades, os canais de fluxo independentes 325 podem compreender, cada um, uma seção transversal geralmente semicircular e pode ter as dimensões descritas na Tabela 1. Em algumas modalidades, os canais de fluxo independentes 325 podem possuir, cada um, uma seção transversal semicircular com uma largura de cerca de 1,63 mm., uma profundidade de cerca de 0,75 mm. e cerca de 0,4 mm. de saliências. Apesar de um número específico de canais de fluxo independentes 325 ser ilustrado, deve-se compreender que o percurso de fluxo de corrente de água 321 pode compreender qualquer número adequado de canais de fluxo independentes configurado adequadamente de acordo com as necessidades individuais do sistema. Apesar de a figura 3b ilustrar o percurso de fluxo de corrente de água 321 como um percurso de fluxo de canal único de múltiplas passagens, o percurso de fluxo 321 também pode compreender o percurso de fluxo de fluxo contrário direto, fluxo simultâneo, fluxo cruzado ou fluxo de passagem única, compreendendo múltiplos canais independen- tes. Em algumas modalidades, o percurso de fluxo de corrente de água 321 pode compreender mais de uma passagem, cada passagem compreendendo uma única reversão na direção de fluxo, tal como de 2 a 100 passagens, 5 a 75 passagens, 10 a 60 passagens, 15 a 50 passagens ou 20 a 40 passagens. Preferivelmente, o percurso de fluxo de corrente de água 312 compreende um percurso de fluxo de múltiplas passagens possuindo 5 passagens ou mais, 10 passagens ou mais, 15 passagens ou mais, 20 passagens ou mais, 25 passagens ou mais, ou 30 passagens ou mais onde as passagens estão em fluxo cruzado durante a permuta de calor, e onde a corrente de água flui em uma direção geralmente contrária ao fluxo com relação à corrente de gás de combustão aquecido.
Em algumas modalidades, as placas utilizadas para formar modalidades do permutador de calor 164 podem ser empilhadas e unidas por difusão ou unidas de outra forma em qualquer ordem adequada para formar o permutador de calor 164. Em algumas modalidades, as placas podem ser empilhadas e unidas por difusão ou unidas de outra forma na ordem que se segue: pelo menos 1 placa de extremidade (não ilustrada), múltiplas células de permuta de calor, cada célula de permuta de calor compreendendo uma placa de fluxo de gás de combustão aquecido 350 seguida por uma placa de alimentação de corrente de água 320, seguida por uma placa de fluxo de gás de combustão aquecido final 350, e então pelo menos uma placa de extremidade (não ilustrada). De acordo, a ordem das placas de permuta de calor de circuito impresso em uma determinada pilha para o permutador de calor 164 pode ter o seguinte padrão (placa de extremidade = "E", placa de gás de combustão 350 = "F", placa de alimentação de corrente de água 320 = "W"): E F W F F W F F W F...F W F F W F E). As placas de extremidade podem ser placas em branco sem qualquer conjunto de circuito de percurso de fluxo e podem ser isoladas para melhorar a transferência de calor e limitar a perda de calor. As placas de extremidade podem servir como tampas para as penetrações e suportam a conexão das correntes relevantes para o permutador de calor 164, tal como através de portas ou cabeçotes. De acordo, as placas de extremidade devem ser espessas o suficiente para acomo- dar as pressões em cada uma das penetrações e para suportar as portas ou cabeçotes. Em algumas modalidades, uma única placa de extremidade é utilizada para cada extremidade do permutador 164, onde a placa de extremidade é mais espessa do que as outras placas. Em outras modalidades, múltiplas placas de extremidade podem ser utilizadas em cada extremidade para fornecer espessura suficiente para suportar ou fornecer os cabeçotes ou portas. Em algumas modalidades, o permutador de calor 164 pode compreender uma pilha que tem entre 50 mm. e 70 mm. de altura, tal como 60 mm. de altura. Em algumas modalidades, o permutador de calor 164 compreende de 2 a 30 células de permuta de calor, tal como de 5 a 25, de 7 a 20, de 8 a 17 ou de 10 a 15 células de permuta de calor, cada célula de permuta de calor compreendendo uma placa de fluxo de gás de combustão aquecido 350 seguida por uma placa de alimentação de corrente de água 320, seguida por uma placa de fluxo de gás de combustão aquecido 350. Nas modalidades preferidas para a reforma de 1 SCMH de gás natural utilizando off-gas PSA como combustível, o permutador de calor 164 compreende pelo menos 10 células de permuta de calor. Em uma modalidade preferida, o permutador de calor 164 compreende 10 células de permuta de calor, cada célula de permuta de calor compreendendo uma placa de fluxo de gás de combustão aquecido 350 seguida por uma placa de alimentação de corrente de água 320, e compreende uma placa de fluxo de gás de combustão aquecido adicional 350, e seis placas de extremidade para um total de 30 placas ativas. O número de placas e células de permuta de calor pode ser modificado de acordo com as necessidades de produção, eficiência de permuta de calor e outros parâmetros.
Quando as várias placas são empilhadas e unidas por difusão ou pode outros meios para formar um permutador de calor, as penetrações de entrada de corrente de 'gás de combustão aquecido 358 e as penetrações de saída de corrente de gás de combustão aquecido 357 são preferivelmente alinhadas com as penetrações de entrada de corrente de gás de combustão aquecido 328 e as penetrações de saída de corrente de gás de combustão aquecido 327 nas placas de alimentação de água 320 para for- mar percursos de acesso de fluxo de entrada e saída ou câmaras para a corrente de gás de combustão aquecido. Adicionalmente, as penetrações de entrada de corrente de água 324 e 356 e as penetrações de saída de corrente de água 322 e 355 também são preferivelmente alinhadas para formar os percurso ou câmaras de acesso de fluxo de entrada e saída para a corrente de água. O empilhamento das placas também coloca preferivelmente os percurso de fluxo 321 e 351 em proximidade um com o outro para facilitar a transferência de calor entre as correntes através das paredes de canais independentes 325 e 355.
Em algumas modalidades, a corrente de água 108 pode entrar no permutador de calor 164 essencialmente na mesma temperatura e pressão que deixa o permutador de calor de recuperação de calor de syngas 110 e pode deixar o permutador 164 a uma temperatura de entre 120 °C e 210 °C, tal como entre 130 e 205 °C, entre 150 e 200 °C, ou entre 175 e 195 °C e a uma pressão de entre 1 mPaa e 10 ara, tal como entre 1 mPaa e 9 mPaa, entre 1 mPaa e 7,5 mPaa, entre 1 mPaa e 6 mPaa, entre 1 mPaa e 5 mPaa, entre 1 mPaa e 4 mPaa, entre 1 mPaa e 3 mPaa, entre 1 mPaa e 2 mPaa, entre 1 mPaa e 1,8 mPaa, entre 1,1 mPaa e 1,7 mPaa, entre 1,2 mPaa e 1,6 mPaa, entre 1,3 mPaa e 1,5 mPaa ou entre 1,35 mPaa e 1,45 mPaa. Preferivelmente, a queda de pressão para a corrente de água 108 através do permutador de calor 164 é inferior a 100 kPa, tal como inferior a 75 bar, inferior a 60 bar, inferior a 50 bar, inferior a 40 bar ou inferior a 30 bar. A corrente de gás de combustão aquecido 163 pode entrar no permutador de calor 164 essencialmente na mesma temperatura e pressão que deixou o preaquecedor de gás de combustão 175 e pode deixar o permutador 164 a uma temperatura de entre 120 °C e 200 °C, tal como entre 125 e 180 °C, entre 130 e 160 °C, ou entre 140 e 150 °C e uma pressão de menos de 2 kPa, tal como menos de 1,5 kPa ou menos de 1 kPa.
Depois de deixar o permutador de calor 164, a corrente de água 108 pode entrar no permutador de calor resfriado 165 onde pode ser adicionalmente aquecido para elevar a corrente para o processo de reforma. O permutador de calor resfriado 165 pode compreender o permutador de calor 166 submerso em água em um tanque ou frasco. O permutador de calor resfriado 165 pode ser utilizado para resfriar a corrente de resfriamento de syngas 170. A corrente de resfriamento de syngas 170 pode ser uma parte da corrente de syngas 180 que deixa o módulo reformador 150. A corrente de syngas 180 pode ser dividida utilizando-se o divisor de corrente de syngas 184 para formar a corrente de resfriamento de syngas 170 e a corrente de syngas 182. O divisor de corrente de syngas 184 pode ser qualquer meio adequado de divisão de fluxo de corrente de syngas 180 tal como a conexão de tubulação em "T" e Ύ" e pode direcionar a quantidade desejada de fluxo em cada direção para garantir a produção adequada de vapor no permutador de calor resfriado 165 e produção adequada de hidrogênio no reator de mudança de água e gás opcional 186 ou temperatura e pressão adequadas do syngas entrando no permutador de calor de recuperação e calor de syngas 110. Preferivelmente, o permutador de calor resfriado 165 e o permutador de calor 166 são configurados de forma que o fluxo de corrente resfriada de syngas 170 permaneça turbulenta por toda a faixa de redução desejada na qual o sistema 100 é operado.
Desde que o permutador de calor 166 permaneça submerso em água no permutador resfriado 165, as condições de formação de pó de metal são evitadas no permutador visto que a temperatura do permutador nunca sobe acima do ponto de ebulição da água, visto que a temperatura da água permanece essencialmente constante durante a transição de fase. Apesar de serem evitadas no permutador de calor resfriado 165, as condições de formação de pó de metal podem ocorrer na corrente resfriada de syngas 170 adjacente para resfriar o permutador de calor 165, e, portanto, uma parte de corrente de resfriamento de syngas 170 é preferivelmente construída a partir de metal resistente à formação de pó de metal ou metal revestido com um revestimento resistente à formação de pó de metal e/ou é configurada para realizar o reparo, remoção e/ou substituição fáceis. De forma ideal, a parte da corrente de resfriamento de syngas 170 que é exposta às condições de formação de pó de metal é minimizada e é configurada para minimizar o re- paro, manutenção e substituição. Em algumas modalidades, as condições de formação de pó de metal dentro da corrente 170 são preferivelmente limitadas a 5 diâmetros de tubo da entrada até o permutador de calor resfriado 165 e, portanto, a tubulação nessa parte do sistema pode se construída a partir de metal resistente à formação de pó de metal ou metal revestido com um revestimento resistente à formação de pó de metal e/ou é configurada para realizar o reparo, remoção e substituição fáceis. Dessa forma, o vapor pode ser erguido do syngas quente a ser utilizado para os estágios de reforma, enquanto as condições de formação de pó de metal são localizadas em uma parte pequena da corrente resfriada de syngas 170. O permutador de calor resfriado 165 também compreende saída de vapor 167 e de água 168. O vapor formado no permutador de calor resfriado 165 pode passar através da saída de vapor 167 e prosseguir para dentro do sistema 100. A água de despejo e sólidos dissolvidos podem ser periodicamente impulsionados através da saída de água 168 pelo acionamento da válvula 169 para impedir ou limitar o acúmulo no permutador de calor resfriado 165. O permutador de calor 166 pode ser parcial ou completamente submerso em água a partir da corrente de água 108 depois que deixa o permutador de calor 164. O permutador de calor 166 e o calor que o mesmo transfere da corrente resfriada de syngas 170 para a água geram preferivelmente o volume do vapor utilizado no módulo reformador 150. Em algumas modalidades, o permutador de calor 166 pode ser um PCHE. Em algumas modalidades, o permutador de calor 166 pode compreender um PCHE que é construído a partir de uma série de placas como ilustrado ns figura 4a-d. As placas podem ser combinadas em uma pilha e unidas por difusão ou de outra forma uma à outra para formar o permutador de calor 166 para fornecer a permuta de calor entre as correntes quente e fria que chegam. Em geral, os percursos de fluxo para cada uma das correntes podem ser formados nas placas por gravação, moagem ou outro processo adequado e podem ser configurados para fornecer a permuta de calor desejada, enquanto limitam a queda de pressão para uma ou mais correntes através do permutador de calor. Preferivelmente, as correntes que entram e saem do permutador 166 são mantidas em condições de temperatura, pressão e composição que evitam ou reduzem as condições de formação de pó de metal dentro do permu-tador de calor.
Com referência às figuras 4a-d, em algumas modalidades, o permutador de calor 166 pode compreender uma ou mais placas de água 410, uma ou mais placas de corrente resfriada de syngas 420, uma ou mais placas de extremidade superiores 430 e uma ou mais placas de extremidade inferiores 440. Cada uma das placas pode ser construída a partir de materiais adequados para os fins e as condições presentes no permutador 166. Exemplos de materiais adequados para a construção de placas 320 e 350 incluem aço inoxidável 316 e aço inoxidável 304. As placas podem ter independentemente as espessuras descritas na Tabela 1. Em algumas modalidades, as placas podem ter, cada uma, 1,6 mm. de espessura. A figura 4A ilustra a placa de água 410 possuindo um percurso de fluxo de corrente de água 411 que conecta as entradas de corrente de água 412 e as saídas de corrente de água 413. As entradas de corrente de água 412 podem dividir o fluxo de água em um ou mais canais de fluxo independente 414 que formam o percurso de fluxo 411. As saídas de corrente de água 413 podem combinar novamente os canais de fluxo 414 para sair do permutador de calor 166. Os canais de fluxo 414 podem ser configurados para ebulição por thermosyphon da água dentro do permutador 166 e podem ser formados em qualquer formato e tamanho adequados. Em algumas modalidades, os canais de fluxo independentes 414 podem, cada um, compreender uma seção transversal geralmente semicircular e podem ter as dimensões descritas na tabela 1. Em algumas modalidades, os canais de fluxo independentes 414 podem ter, cada um, uma seção transversal semicircular com uma largura de cerca de 2,6 mm., uma profundidade de cerca de 1,10 mm., e 0,4 mm. de saliências. Apesar de um número específico de canais de fluxo independentes 414 ser ilustrado, deve-se compreender que o percurso de fluxo de corrente de água 411 pode compreender qualquer número de canais de fluxo independentes configurados adequadamente de acordo com as necessidades individuais do sistema.
Em algumas modalidades, as entradas de corrente de água 412 e saídas 413 também podem compreender uma seção transversal geralmente semicircular possuindo uma largura de cerca de 0,6 mm. a 3,5 mm., uma profundidade de 0,3 a 1,75 mm., e saliências de 0,3 a 1,5 mm. e podem ser dimensionadas da mesma forma ou diferentemente dos canais de fluxo independentes 414. Em algumas modalidades, as entradas 412 e as saídas 413 possuem, cada uma, uma seção transversal semicircular com uma largura de cerca de 2,6 mm., uma profundidade de cerca de 1,10 mm., e 0,4 mm. de saliências. Apesar de a figura 4a ilustrar o percurso de fluxo de corrente de água 411 como um percurso de fluxo contrário direto ou fluxo simultâneo ou percurso de fluxo de passagem única, em algumas modalidades o percurso de fluxo de corrente de água 411 pode compreender mais de uma passagem, cada passagem compreendendo uma única reversão na direção de fluxo, tal como de 2 a 20 passagens, de 2 a 10 passagens ou de 2 a 5 passagens. Preferivelmente, o percurso de fluxo de corrente de água 411 compreende um percurso de fluxo de fluxo simultâneo e passagem única ou direta. Como ilustrado na figura 4a, a placa de corrente de água 410 também inclui as penetrações de entrada e saída de corrente resfriada de syngas 415 e 416, respectivamente.
Com referência à figura 4b, as placas de corrente resfriada de syngas 420 podem ter um percurso de fluxo de corrente resfriada de syngas 421, que conecta as penetrações de entrada de corrente resfriada de syngas 422 e s penetrações de saída de corrente resfriada de syngas 423. As penetrações de entrada de corrente resfriada de syngas 422 podem alimentar os canais de entrada 426, que podem ser adicionalmente divididos para formar um ou múltiplos canais de fluxo independentes 424 que criam o percurso de fluxo 421. A saída da corrente resfriada de syngas 423 pode recombinar os múltiplos canais de saída 425 que podem recombinar os canais de fluxo independentes 424 para sair do permutador de calor. Os canais de entrada e saída 426 e 425 e os canais de fluxo independentes 424 podem, cada um, compreender uma seção transversal geralmente semicircular e podem ter as dimensões descritas na Tabela 1. Em algumas modalidades, os canais de fluxo independentes 424 podem ter, cada um, uma seção transversal semicircular com uma largura de cerca de 1,99 mm., uma profundidade de cerca de 1,10 mm., e 0,4 mm. de saliências. Em algumas modalidades, os canais de entrada e saída 426 e 425 podem, cada um, ter uma seção transversal semicircular com uma largura de cerca de 2,2 mm., uma profundidade de cerca de 1,10 mm. e 0,4 mm. de saliências. Apesar de um número específico de canais de fluxo independentes 414 se ilustrado, deve-se compreender que o percurso de fluxo de corrente de água 411 pode compreender qualquer número adequado de canais de fluxo independentes configurados adequadamente de acordo com as necessidades individuais do sistema.
Apesar de a figura 4b ilustrar o percurso de fluxo de corrente resfriada de syngas 421 como um percurso de fluxo de passagem única ou de fluxo simultâneo ou contrário direto, em algumas modalidades, o percurso de fluxo de corrente resfriada de syngas 421 pode compreender mais de uma passagem, cada passagem compreendendo uma única reversão na direção de fluxo, tal como de 2 a 20 passagens, de 2 a 10 passagens ou de 2 a 5 passagens. Preferivelmente, o percurso de fluxo de corrente resfriada de syngas 421 compreende um percurso de fluxo direto ou de fluxo simultâneo de passagem única.
Em algumas modalidades, as placas utilizadas para formar as modalidades do permutador de calor 166 podem ser empilhadas e unidas por difusão ou de outra forma unidas em qualquer ordem adequada para formar o permutador de calor. Em algumas modalidades, as placas podem ser empilhadas e unidas por difusão ou unidas de outra forma na ordem que se segue: pelo menos uma placa de extremidade superior 430 (figura 4c), múltiplas células de permuta de calor, cada célula de permuta de calor compreendendo uma placa de água 410 seguida por uma placa de fluxo de corrente resfriada de syngas 420, com uma placa de água adicional e então pelo menos uma placa de extremidade inferior 440 (figura 4d). De acordo, a ordem das placas de permuta de calor de circuito impresso em uma determinada pilha para o permutador de calor 166 pode ter o seguinte padrão para as placas ativas do permutador de calor 166; (placa de água 410 = "W"; placa de corrente resfriada de syngas 420 = S): W S W S W S ...W S W S W. Em algumas modalidades, a configuração compreenderá as células de placas de água 410 e placas de corrente resfriada de syngas 420 alternadas com uma placa de água adicional 410 para servir como uma placa de união para a última placa de corrente resfriada de syngas 420 na pilha. As placas de extremidade podem ser placas em branco sem qualquer conjunto de circuito de percurso de fluxo e podem ser isoladas para melhorar a transferência de calor e limitar a perda de calor. Em algumas modalidades, múltiplas placas de extremidade podem ser utilizadas em cada extremidade. As placas de extremidade fornecem uma parede para as passagens da placa de união voltada para a placa de extremidade, servem como tampas para as penetrações e suportam a conexão das correntes relevantes com o permu-tador de calor 166, tal como através de portas e cabeçotes. De acordo, as placas de extremidade devem ser espessas o suficiente para acomodar as pressões em cada uma das penetrações e para suportar as portas e os cabeçotes. Em algumas modalidades, uma única placa de extremidade é utilizada para cada extremidade do permutador 166, onde a placa de extremidade é mais espessa do que as outras placas. Em outras modalidades, múltiplas placas de extremidade podem ser utilizadas em cada extremidade para fornecer espessura suficiente para suportar ou fornecer os cabeçotes ou portas. Em algumas modalidades, o permutador de calor 166 pode compreender uma pilha que tem entre 15 e 25 mm. de altura.
Em algumas modalidades, a placa de extremidade superior 430 pode incluir uma penetração de entrada de corrente de syngas 432 e uma penetração de saída de corrente de syngas 431 para a entrada e saída da corrente resfriada de syngas. Quando as várias placas são empilhadas e unidas por difusão ou de outra forma para formarem um permutador de calor, as penetrações de entrada de corrente de syngas 432 e as penetrações de saída de corrente de syngas 431 são preferivelmente alinhadas com as penetrações de entrada de corrente resfriada de syngas 422 e as penetrações de saída de corrente resfriada de syngas 423 nas placas de corrente resfriada de syngas 420 e com as penetrações de entrada e saída da corren- te resfriada de syngas 414 e 415 nas placas de água 410 para formar os percursos de acesso de fluxo de entrada e saída ou câmaras para a corrente resfriada de syngas. O empilhamento das placas também coloca preferivelmente os percurso de fluxo 411 e 421 em proximidade um com o outro para facilitar a transferência de calor entre as correntes através da paredes dos canais independentes 414 e 424. Para as placas e correntes que não possuem penetrações através das quais os percursos de fluxo e os canais de fluxo são acessados, cabeçotes podem ser fixados, tal como por solda, através das extremidades de canal individual para facilitar a distribuição e/ou coleção da corrente que flui através dos canais relevantes.
Em algumas modalidades, o permutador de calor 166 compreende de 1 a 15 células de permuta de calor, tal como de 2 a 10, de 3 a 8, de 4 a 7 ou de 5 a 7 células de permuta de calor, cada célula de permuta de calor compreendendo uma placa de água 410 seguida por uma placa de fluxo de corrente resfriada de syngas 420. Nas modalidades preferidas para a reforma de aproximadamente 2 SCMH de gás natural utilizando off-gas PSA ou gás final como combustível, o permutador de calor 166 compreende pelo menos 4 células de permuta de calor. Em uma modalidade preferida, o permutador de calor 166 compreende 4 células de permuta de calor, cada célula de permuta de calor compreendendo uma placa de água 410 seguida por uma placa de fluxo de corrente resfriada de syngas 420, e 4 placas de extremidade para um total de 9 placas ativas. O número de placas e células de permuta de calor pode ser modificado de acordo com as necessidades de produção, eficiência de permuta de calor e outros parâmetros. A corrente de água 108 pode entrar no permutador de calor resfriado 165 essencialmente na mesma temperatura e pressão que deixou o permutador de calor 164 e pode deixar o permutador 165 como suprimento de vapor de reformador 172 a uma temperatura igual à temperatura de vapor saturado, tal como entre 175 e 225 °C, entre 180 e 210 °C, entre 185 e 205 °C, entre 190 e 205 °C, entre 195 e 200 °C e a uma pressão de entre 1 mPaa e 10 mPaa, tal como entre 1 mPaa e 9 mPaa, entre 1 mPaa e 7,5 mPaa, entre 1 mPaa e 6 mPaa, entre 1 mPaa e 5 mPaa, entre 1 mPaa e 4 mPaa, entre 1 mPaa e 3 mPaa, entre 1 mPaa e 2 mPaa, entre 1 mPaa e 1,8 mPaa, entre 1,1 mPaa e 1,7 mPaa, entre 1,2 mPaa e 1,6 mPaa, entre 1,3 mPaa e 1,5 mPaa ou entre 1,35 mPaa e 1,45 mPaa. A corrente resfriada de syngas 170 pode entrar no permutador de calor resfriado 165 a uma temperatura de entre 700 °C e 1000 °C, tal como entre 750 e 975 °C, ou entre 800 e 950 °C, entre 825 e 925 °C ou entre 850 e 900 °C e a uma pressão de entre 0,5 mPaa e 12 mPaa, tal como entre 1 mPaa e 10 mPaa, entre 1 mPaa e 8 mPaa, entre 1 mPaa e 6 mPaa, entre 1 mPaa e 5 mPaa, entre 1 mPaa e 4 mPaa, entre 1 mPaa e 3 mPaa, entre 1 mPaa e 2 mPaa, entre 1 mPaa e 1,8 mPaa, entre 1,1 mPaa e 1,7 mPaa, entre 1,2 mPaa e 1,6 mPaa, entre 1,3 mPaa e 1,5 mPaa ou entre 1,35 mPaa e 1.45 mPaa e pode deixar o permutador 165 a uma temperatura de entre 180 °C e 210 °C, tal como entre 185 e 205 °C, entre 190 e 205 °C ou entre 195 e 200 °C e a uma pressão de entre 0,5 mPaa e 12 mPaa, tal como entre 1 mPaa e 10 mPaa, entre 1 mPaa e 8 mPaa, entre 1 mPaa e 6 mPaa, entre 1 mPaa e 5 mPaa, entre 1 mPaa e 4 mPaa, entre 1 mPaa e 3 mPaa, entre 1 mPaa e 2 mPaa, entre 1 mPaa e 1,8 mPaa, entre 1,1 mPaa e 1,7 mPaa, entre 1,2 mPaa e 1,6 mPaa, entre 1,3 mPaa e 1,5 mPaa, entre 1,35 mPaa e 1.45 mPaa. Preferivelmente, a queda de pressão para a corrente resfriada de syngas 170 através do permutador 165 é inferior a 100 kPa, tal como inferior a 7,5 kPa ou inferior a 5 kPa. A corrente de água 108 é aquecida no permutador de calor resfriado 165 até que se torne vapor ponto no qual o vapor deixa o permutador de calor resfriado 165 através da saída de vapor 167 como suprimento de vapor de reforma 172. O suprimento de vapor de reforma 172 pode ser combinado com o vapor de hidrocarbono gasoso 102 depois que o vapor 102 deixa o permutador de calor de recuperação de calor de syngas 110 para formar a corrente de vapor de hidrocarbono gasoso 174. O suprimento de vapor de reforma 172 e o vapor de hidrocarbono gasoso 102 podem ser unidos de qualquer forma adequada, tal como pela união de correntes para formar uma única corrente utilizando um conector em "Y" ou "T" ou pela adição de uma corrente dentro de outra corrente. Depois da combinação das correntes, a corrente de vapor de hidrocarbono gasoso 174 pode ser alimentada para o primeiro estágio de pré-reforma ou módulo reformador 150. Em algumas modalidades, o suprimento de vapor de reforma 172 pode incluir um regulador de pressão de retorno dentro de seu percurso de fluxo antes da união da corrente de hidrocarbono gasoso 102 para ajudar a fornecer as condições estáveis de ebulição durante a inicialização, mudanças de capacidade e outros transientes, evitando assim a oscilação de água líquida para dentro do módulo reformador ou a falta total de fluxo de vapor para o reformador o que poderia resultar na formação de coque no reformador e/ou pré-reformador. Em algumas modalidades, a corrente de vapor de hidrocarbono gasoso também pode incluir uma válvula de verificação dentro de seu percurso de fluxo antes de ser unida ao suprimento de vapor de reforma 172.
Depois de ser resfriado no permutador de calor resfriado 165, a corrente resfriada de syngas 170 pode deixar o permutador de calor 165 como corrente de syngas resfriada 171 e passa através da válvula 185, que pode ser qualquer válvula adequada para controlar ou sintonizar o suprimento de syngas resfriado 171 para o remisturador de syngas 188. Depois do prosseguimento através da válvula 185, a corrente de syngas resfriada 171 pode ser unida à corrente de syngas 182 no remisturador de syngas 188. A corrente de syngas 182 prossegue do divisor de syngas 184 através do resistor fixo 187, que pode ser um orifício simples ou qualquer outro método de controle de fluxos de alta temperatura. Geralmente, a corrente de syngas 182 está muito quente para empregar uma válvula. Preferivelmente, a corrente de syngas 182 está a uma temperatura de entre 700 e 1000 °C, tal como entre 750 e 975 °C, ou entre 800 e 950 °C, entre 825 e 925 °C ou entre 850 e 900 °C e a uma pressão de entre 0,5 mPaa e 12 mPaa, tal como entre 1 mPaa e 10 mPaa, entre 1 mPaa e 8 mPaa, entre 1 mPaa e 6 mPaa, entre 1 mPaa e 5 mPaa, entre 1 mPaa e 4 mPaa, entre 1 mPaa e 3 mPaa, entre 1 mPaa e 2 mPaa, entre 1 mPaa e 1,8 mPaa, entre 1,1 bar e 1,7 mPa-a, entre 1,2 mPaa e 1,6 mPaa, entre 1,3 mPaa e 1,5 mPaa ou entre 1,35 mPaa e 1,45 mPaa. O remisturador de syngas 188 pode ser qualquer aparelho ade- quado para unir duas correntes, tal como pela união das correntes para formar uma única corrente utilizando um conector em "Y" ou "T" ou pela adição de uma corrente dentro de outra corrente. Devido à temperatura da corrente de syngas 182 com relação à temperatura na corrente de syngas resfriada 171, uma parte da corrente de syngas remisturada 189 e uma parte da corrente de syngas 182 podem ser expostas às condições de formação de pó de metal. De acordo, uma parte da corrente de syngas 182 dentro de cerca de 5 diâmetros de tubo do remisturador 188 e uma parte da corrente de syngas remisturada 189 dentro de cerca de 5 diâmetros de tubo do remisturador 188 são preferivelmente construídos a partir de ligas resistentes à formação de pó de metal e/ou ligas possuindo um revestimento resistente à formação de pó de metal e/ou é configurada para realizar o reparo, remoção e substituição fáceis.
Depois de ser remisturada, a corrente de syngas remisturada 189 pode prosseguir para um reator de mudança de água e gás opcional 186, onde o hidrogênio adicional é elevado através da reação de mudança de água e gás. Quando um reator de mudança de água e gás é utilizado, a temperatura da corrente de syngas remisturada 189 é preferivelmente entre 250 e 350 °C, tal como entre 275 e 325 °C, entre 280 e 310 °C, entre 290 e 305 °C ou entre 295 e 300 °C.
Depois de deixar o reator de mudança de água e gás 186, a corrente de syngas 190 pode prosseguir para o permutador de calor de recuperação de calor de syngas 110 onde pode fornecer calor para as correntes de alimentação de reagente, tal como a corrente de hidrocarbono gasoso 102, a corrente de combustível de gás de combustão 112, a corrente de alimentação de combustível 105, a corrente de alimentação de ar 107, a corrente de ar de combustão 114, e a corrente de água 108 (quando o permutador de calor 109 é parte do permutador de calor de recuperação de calor de syngas 110). A corrente de syngas 190 que deixa o reator de mudança de alta temperatura pode ter uma temperatura de entre 250 e 450 °C, tal como entre 275 e 450 °C, entre 300 e 440 °C, entre 325 e 430 °C, entre 350 e 420 °C, entre 375 e 410 °C ou entre 380 e 400 °C e uma pressão entre 1 mPaa e 10 mPaa, entre 1 mPaa e 8 mPaa, entre 1 mPaa e 6 mPaa, entre 1 mPaa e 5 mPaa, entre 1 mPaa e 4 mPaa, entre 1 mPaa e 3 mPaa, entre 1 mPaa e 2 mPaa, entre 1 mPaa e 1,8 mPaa, entre 1,1 mPaa e 1,7 mPaa, entre 1,2 mPaa e 1,6 mPaa, entre 1,3 mPaa e 1,5 mPaa ou entre 1,35 mPaa e 1,45 mPaa.
Um exemplo de uma configuração alternativa para o aparelho de reforma de vapor é ilustrado na figura 5. Como ilustrado, o aparelho de reforma de vapor 500 é substancialmente o mesmo que o aparelho 100 descrito com relação à figura 1a e/ou figura 1b, com a exceção de que no aparelho de reforma de vapor 500, a corrente de combustível de gás de combustão 512 ultrapassa o permutador de calor de syngas 510 e é combinada com a corrente de gás de combustão 160 pouco antes de entrar o preaquecedor de gás de combustão 175 para formar a corrente de gás de combustão rica em combustível 162. A corrente de combustível de gás de combustão 512 pode ser combinada com a corrente de gás de combustão 160 de qualquer forma adequada tal como pela união das correntes para formar uma única corrente utilizando um conector em Ύ" ou "T" ou pela adição de uma corrente dentro de outra corrente. Visto que a corrente de combustível de gás de combustão 512 ultrapassa o permutador de calor de syngas 510, o permutador de calor de recuperação de calor de syngas 510, é configurado ligeiramente diferente, possuindo apenas 4 correntes de alimentação de reagente (corrente de alimentação de combustível 105, corrente de alimentação de ar 107, a corrente de ar de combustão 114 e a corrente de alimentação de hidrocarbono gasoso 102), opcionalmente a corrente de alimentação de água 108 (quando o permutador de calor 109 é incluído no permutador de calor 510) e a corrente de syngas 190 fluindo através do mesmo.
Uma configuração ilustrativa das placas que podem formar o permutador de calor de recuperação de calor de syngas 510 é ilustrada nas figuras 6a-c. Com referência às figuras 6a-c, em algumas modalidades o permutador de calor de recuperação de calor de syngas 510 pode compreender um PCHE que é construído a partir de uma série de placas que podem ser combinadas em uma pilha e unidas por difusão uma à outra para formar a permuta de calor entre as correntes quente e fria de entrada. Em geral, os percursos de fluxo para cada uma das correntes podem ser formados nas placas por gravação, moagem ou outro processo adequado e podem ser configurados para fornecer a permuta desejada de calor, enquanto limita a queda de pressão para uma ou mais correntes através do permuta-dor de calor. Preferivelmente, as correntes que entram e saem do permuta-dor 510 são mantidas nas condições de temperatura, pressão e composição que evitam ou reduzem as condições de formação de pó de metal dentro do permutador de calor. Em alguns casos, s correntes que entram e saem do permutador de calor 510 estão abaixo das temperaturas de formação de pó de metal. Em geral, o permutador de calor de recuperação de calor de syngas 510 é essencialmente o mesmo que o permutador de calor de recuperação de calor de syngas 110 ilustrado nas figuras 1 e 2a-c, com a exceção de que o permutador de calor de recuperação de calor de syngas 510 não aquece a corrente de combustível de gás de combustão 512. De acordo, com essa exceção menor, a construção geral do permutador de calor de recuperação de calor de syngas 510, as dimensões adequadas de placa e canal, espessuras e materiais de construção para cada uma das placas e condições de processo são substancialmente iguais aos descritos com relação às figuras 2a-c.
Com referência às figuras 6a-c, em algumas modalidades, o permutador de calor de recuperação e calor de syngas 510 pode compreender uma ou mais placas de união 610, uma ou mais placas de alimentação de reagente 625 e uma ou mais placas de syngas 650. Na modalidade ilustrada na figura 6a-c, as placas, quando adequadamente empilhadas e formadas em um permutador de calor, formarão um permutador de calor de recuperação de calor de syngas 510 que inclui o permutador de calor 109 (ver figura 5). A figura 6a, ilustra uma placa de união 610 possuindo um percurso de fluxo de syngas 611 compreendendo canais de fluxo independentes 612 conectando as entradas de syngas 613 com as saídas de syngas 614. Apesar de a figura 6a ilustrar o percurso de fluxo de syngas 611 como um percurso de fluxo de múltiplas passagens, o percurso de fluxo 611 tam- bém pode compreender um percurso de fluxo de fluxo contrário direto, fluxo simultâneo, fluxo cruzado ou passagem única compreendendo um ou múltiplos canais independentes 612. Em algumas modalidades, o percurso de fluxo de syngas 611 compreende mais de uma passagem, cada passagem compreendendo uma única reversão na direção de fluxo, tal como de 2 a 100 passagens, de 5 a 75 passagens, de 10 a 60 passagens, de 15 a 50 passagens ou de 20 a 40 passagens. Preferivelmente, o percurso de fluxo de syngas 611 compreende um percurso de fluxo de múltiplas passagens possuindo 5 passagens ou mais, 10 passagens ou mais, 15 passagens ou mais, 20 passagens ou mais, 25 passagens ou mais, ou 30 passagens ou mais onde as passagens estão em fluxo cruzado durante a permuta de calor, mas os fluxos de syngas em uma direção geralmente de fluxo cruzado ou direção de fluxo contrário com relação aos fluxos na placa de alimentação de reagente 260. A placa de união 610 também inclui as penetrações de corrente de ar 615, a penetração de corrente de ar de combustão 616, a penetração de corrente de combustível 617, a penetração de mistura de combustível e ar 661, as penetrações de corrente de hidrocarbono gasoso 618, as penetrações de corrente de água 619 e as penetrações de corrente de syngas 620. A placa de união 610 garante que todas as placas de alimentação de reagente 625 tenham placas de corrente quentes em ambos os lados de uma placa de união 610 ou uma placa de syngas 650 e ajuda a servir para equilibrar as cargas de calor e o fluxo de calor por todas as pilhas. A placa de união 610 pode ter mais de um canal de fluxo 612.
Com referência à figura 6b, a placa de syngas 650 inclui entradas de syngas 651, saídas de syngas 652 e percurso de fluxo de syngas 653. O percurso de fluxo de syngas 653 pode compreender um ou mais canais de fluxo independentes de syngas 654. Apesar de um número específico de canais de fluxo independentes de syngas 654 ser ilustrado, deve-se compreender que o percurso de fluxo de syngas 653 pode compreender qualquer número desejado de canais de fluxo independentes configurados adequadamente de acordo com as necessidades individuais do sistema.
Apesar de a figura 6b ilustrar o percurso de fluxo de syngas 653 possuindo um número específico de passagens, em algumas modalidades o percurso de fluxo de syngas 653 pode compreender mais de uma passagem, cada passagem compreendendo uma única reversão de fluxo, tal como de 2 a 100 passagens, de 5 de 75 passagens, de 10 a 60 passagens, de 15 a 50 passagens, ou de 20 a 40 passagens. Preferivelmente, o percurso de fluxo de syngas 653 compreende um percurso de fluxo de múltiplas passagens possuindo 5 passagens ou mais, 10 passagens ou mais, 15 passagens ou mais, 20 passagens ou mais, 25 passagens ou mais, ou 30 passagens ou mais onde as passagens estão em fluxo cruzado durante a permuta de calor, mas o syngas flui em uma direção geralmente de fluxo cruzado ou fluxo contrário com relação aos fluxos na placa de alimentação de reagente 525. A placa de syngas 650 também possui penetrações de corrente de ar 655, penetração de corrente de ar de combustão 656, penetração de corrente de combustível 657, penetração de mistura de combustível e ar 663, penetrações de corrente de hidrocarbono gasoso 658, penetrações de corrente de água 659 e penetrações de corrente de syngas 660.
Com referência à figura 6c, a placa de alimentação de reagente 625 possui penetrações de corrente de ar 621, penetração de corrente de ar de combustão 622, penetração de corrente de combustível 623, penetração de mistura de combustível e ar 662, penetrações de corrente de hidrocarbono gasoso 624, penetrações de corrente de água 626 e penetrações de corrente de syngas 646. A placa de alimentação de reagente 625 inclui o percurso de fluxo de ar 627 com as entradas de ar 628 e saídas de ar 629, percurso de fluxo de ar de combustão 630 com entradas de ar de combustão 631, percurso de fluxo de combustível 632 com entradas de combustível 633 e saídas de mistura de combustível e ar 634 e percurso de fluxo de hidrocarbono gasoso 635 com entradas de hidrocarbono gasoso 636 e saídas de hidrocarbono gasoso 637. Cada um dos percursos de fluxo 627, 630, 632 e 635 pode compreender um ou múltiplos canais de fluxo independentes 638, 639, 640 e 641 e saliências adjacentes podem ser dimensionadas para fornecer a contenção segura de pressão e uma combinação barata de capacidade de transferência de calor e queda de pressão. Apesar de o número específico de canais de fluxo independentes 638, 639, 640 e 641 ser ilustrado na figura 6, deve-se compreender que cada um dos percursos de fluxo 627, 630, 632 e 635 pode compreender qualquer número adequado de canais de fluxo independentes configurados adequadamente de acordo com as necessidades individuais do sistema.
Apesar de a figura 6c ilustrar cada um dos percursos de fluxo 627, 630, 632 e 635 como sendo fluxo cruzado e/ou de passagem única, em algumas modalidades um ou mais dos percursos de fluxo 627, 630, 632 e 635 pode compreender múltiplas passagens, tal como de 2 a 20 passagens, de 2 a 10 passagens ou de 2 a 5 passagens. Preferivelmente, os percursos de fluxo 627, 630, 632 e 635 são percurso de fluxo cruzado e/ou de fluxo de passagem única. Na figura 6c, o percurso de fluxo de ar de combustão 630 é configurado para fornecer a mistura de corrente de ar de combustão 114 da figura 5, com a corrente de alimentação de combustível 105 dentro do per-mutador 510 pelo direcionamento do ar que flui através do percurso de fluxo 630 e o combustível que flui no percurso de fluxo 632 para a mesma penetração, penetração de mistura de combustível e ar 662. Quando configurado dessa forma, não há qualquer união separada dessas correntes a jusante do permutador de calor de recuperação de calor de syngas 510 como apresentado na figura 5. A placa de alimentação de reagente 625 também inclui um percurso de fluxo de corrente de água 642 que conecta as entradas de corrente de água 643 e as saídas de corrente de água 644 como ilustrado na parte inferior esquerda da placa de alimentação de reagente 625 na figura 6c. O percurso de fluxo de corrente de água 642 pode compreender um ou múltiplos canais de fluxo independentes 645. Essa parte da placa de alimentação de reagente 625, quando formada em um permutador de calor corresponde às correntes de fluxo de água para o permutador de calor 109 como indicado na figura 5. Os canais de fluxo 645 podem ser dimensionados para fornecer o suprimento adequado de água na pressão e temperatura desejadas para o resto do sistema reformador 500. Apesar de um canal de fluxo independente 645 ser ilustrado na figura 6c, deve-se compreender que o percurso de fluxo 642 pode compreender qualquer número adequado de canais de fluxo independentes configurados adequadamente de acordo com as necessidades individuais do sistema.
Apesar de a figura 6c ilustrar o percurso de fluxo 642 configurado como um percurso de fluxo de fluxo contrário de passagem múltipla ou circuito múltiplo, o mesmo também pode ser de fluxo cruzado, fluxo simultâneo e/ou passagem única. Em algumas modalidades, o percurso de fluxo 642 pode compreender mais de uma passagem, cada passagem compreendendo uma única reversão na direção de fluxo, tal como de 2 a 100 passagens, de 5 a 75 passagens, de 10 a 60 passagens, de 15 a 50 passagens ou de 20 a 40 passagens. Preferivelmente, o percurso de fluxo de corrente de água 642 compreende um percurso de fluxo de múltiplas passagens possuindo 5 passagens ou mais, 10 passagens ou mais, 15 passagens ou mais, 20 passagens ou mais, 25 passagens ou mais ou 30 passagens ou mais onde as passagens estão em fluxo cruzado durante a permuta de calor, mas a água flui em uma direção geralmente de fluxo cruzado ou fluxo contrário com relação ao fluxo do syngas na placa de syngas 650.
Quando empilhadas e unidas por difusão ou de outra forma para formar um permutador de calor, as várias placas de união 610, placas de alimentação de reagente 625 e placas de syngas 650 são preferivelmente alinhadas de forma que cada uma das várias penetrações de corrente de ar 615, 621 e 655, penetrações de corrente de ar de combustão 616, 622 e 656, penetrações de corrente de combustível 617, 623 e 657, penetrações de mistura de combustível e ar 661, 662 e 663, penetrações de corrente de hidrocarbono gasoso 618, 624 e 658, penetrações de corrente de água 619, 626 e 659 e penetrações de corrente de syngas 620, 627 e 660 formam os percurso ou câmaras de acesso de fluxo para conexão de cada uma das várias correntes com as entradas e saídas adequadas para os vários percursos de fluxo. As placas podem ser empilhadas em ordem como descrito com relação à figura 2 e podem compreender o mesmo número de células e configuração como descrito com relação à figura 2. Em adição ao alinhamento das várias penetrações, o empilhamento das placas coloca preferivelmente os canais independentes 638, 639, 640 e 641 criando os percursos de fluxo 627, 630, 632 e 635 em proximidade com os canais independentes 612 e 654 criando os percursos de fluxo 611 e 653 para facilitar a transferência de calor entre as correntes relevantes através das paredes dos respectivos canais independentes.
Um exemplo de outra configuração alternativa para o aparelho de reforma de vapor é ilustrado na figura 7. Como ilustrado, o aparelho de reforma de vapor 700 é substancialmente igual ao aparelho 100 descrito com relação à figura 1a e/ou à figura 1b, com a exceção de que no aparelho de reforma de vapor 700, a corrente de gás de combustão 160 não é prea-quecida antes de entrar no permutador de calor 164. De acordo, com relação à figura 1a, a corrente de alimentação de combustível 104 não é dividida, não existe corrente de combustível de gás de combustão 114 e o preaque-cedor de gás de combustão 175 foi removido também. Como resultado disso, o permutador de calor de recuperação de calor de syngas 710 pode ser configurado como discutido acima com relação às figuras 6a-c. A configuração na figura 7 se presta a situações nas quais o reformador é operado a temperaturas elevadas com relação ao sistema da figura 1a. Em tais situações, a corrente de syngas 180 e a corrente de gás de combustão 160 deixam os estágios de reforma a temperaturas que se aproximam de 1000 °C. Nessa temperatura mais alta, o vapor adicional elevado com o auxílio da câmara de combustão 175 da figura 1a ou 5 não é necessário, visto que a reforma a uma temperatura mais alta fornece uma conversão de metano maior, para uma determinada razão de vapor para carbono e o calor adicional recuperado a partir da corrente de syngas 180 e da corrente de gás de combustão 160 é suficiente para elevar o vapor necessário para a reforma em temperaturas elevadas.
Com referência às figuras 1a, 5 e 7, cada um dos aparelhos de reforma 100, 500 e 700 inclui um módulo reformador 150. O módulo reformador 150 reforma a corrente de vapor de hidrocarbono gasoso 174 para formar a corrente de syngas 180 e a corrente de gás de combustão 160. Durante o processo de reforma, o vapor de combustível de reforma 124 é com- burado na presença de corrente de ar de reforma 126 para fornecer calor adicional para o processo de reforma. Um exemplo de uma modalidade de um módulo reformador 150 é ilustrado na figura 8. Como ilustrado na figura 8, em algumas modalidades o módulo reformador 150 pode compreender um pré-reformador 800 e um reformador 820. O pré-reformador 800 pode compreender múltiplos estágios 801, 802, e 803 de permuta de calor entre a corrente de vapor de hidrocarbono gasoso 174 e a corrente de gás de combustão 160 nos permutadores de calor 804, 805 e 806 seguidas pela reforma catalítica parcial da corrente de vapor de hidrocarbono gasoso 174 nas câmaras de reforma catalítica ou leitos 807, 808 e 809. Apesar de a modalidade na figura 8 ilustrar três estágios de pré-reforma 801-803, o número de estágios de pré-reforma podem variar de 1 a 10 dependendo das exigências do sistema. Preferivelmente, as condições de formação de coque e pó de metal são evitadas por todos os estágios de pré-reforma. Em operação, o pré-reformador 800 inclui múltiplas interações ou estágios de aquecimento da corrente de vapor de hidrocarbono gasoso 174 pela recuperação do calor a partir da corrente de gás de combustão 160 seguido por uma reforma catalítica parcial da corrente de vapor de hidrocarbono gasoso aquecido.
Em algumas modalidades, o pré-reformador 800 compreende um PCR que é construído a partir de uma série de placas como ilustrado nas figuras de 9a-e que foram empilhadas e unidas por difusão ou de outra forma unidas para formar um PCR. Tal PCR pode ser configurado de forma similar a um PCHE, com câmaras ou leitos catalíticos fornecidos de forma intermitente dentro do percurso de fluxo da corrente de vapor de hidrocarbono gasoso 174 de forma que a corrente possa ser aquecida alternadamente pela corrente de gás de combustão 160 e então parcialmente reformada ca-taliticamente. O PCR pode ser construído a partir de uma série de placas que podem ser combinadas em uma pilha e unidas por difusão ou de outra forma para fornecer a permuta de calor entre as correntes quente e fria pela colocação dos canais que criam os percursos de fluxo em proximidade um com o outro e para fornecer a reforma catalítica da corrente de vapor de hidrocarbono gasoso 174. O empilhamento pode incluir o empilhamento das placas de extremidade, placas de união e configurações específicas do vapor de hidrocarbono gasoso e placas de gás de combustão de acordo com a transferência de calor desejada. Em geral, os percursos de fluxo para cada uma das correntes podem ser formados como canais nas placas por gravação, moagem ou outro processo adequado e podem ser configurados para fornecer a permuta de calor desejada, enquanto limita a queda de pressão para uma ou mais das correntes através do PCR. Os canais em cada placa podem ser configurados para a transferência de calor de passagem única ou múltiplas passagens entre as correntes, e podem ser configurados para operar em fluxo simultâneo, fluxo cruzado ou fluxo contrário. Em algumas modalidades, as placas para uma das correntes podem ser configuradas para múltiplas passagens, enquanto as placas para outra corrente são configuradas para passagens únicas. Preferivelmente, as correntes que entram e saem do PCR são mantidas na mesma temperatura, pressão e composição que evitam ou reduzem as condições de formação de pó de metal dentro do PCR. A modalidade ilustrada nas figuras 9a-e compreende três estágios de pré-reforma.
Com referência às figuras 9a-e, em algumas modalidades, o PCR pode compreender uma ou mais placas de união 910, uma ou mais placas de gás de combustão 920, uma ou mais placas de vapor de hidrocarbono gasoso 950, uma ou mais placas de extremidade superior 970 e uma ou mais placas de extremidade inferior 980. Para essas placas e correntes que não possuem penetrações através das quais os percursos de fluxo e os canais de fluxo são acessados, os cabeçotes podem ser fixados, tal como soldados, através de extremidades de canal individuais na extremidade das placas empilhadas para facilitar a distribuição e/ou coleta da corrente que flui através dos canais relevantes. Em algumas modalidades, tal cabeçote pode compreender uma parte do tubo ou tubulação que foi aberta em um lado para fornecer o fluxo de canais individuais diretamente dentro do tubo ou tubulação. As figuras 9a-e incluem, cada uma, recortes isolantes A e a figura 9c também inclui as penetrações isolantes B. Os recortes isolantes A abrangem toda a altura da pilha do PCR quando as placas são empilhadas e formadas em um PCR e servem para controlar o fluxo de calor e impedir o fluxo indesejável de calor a partir das partes quentes das correntes em placas para resfriar as partes das mesmas correntes na mesma placa através da condução ao longo das placas pelo fornecimento de uma região de transferência de calor reduzida entre as correntes. As penetrações de isolamento 9b servem à mesma finalidade, mas estão presentes apenas nas placas de vapor de hidrocarbono gasoso 950 e não abrangem a altura de toda a pilha. A figura 9a ilustra uma placa de união 910 possuindo um percurso de fluxo de gás de combustão 911 compreendendo múltiplos canais de fluxo independentes 912 conectando as entradas de gás de combustão 913 com as saídas de gás de combustão 914. A placa de união 910 também inclui penetrações de câmara de reforma ou leito 915, 916 e 917 e penetração de corrente de hidrocarbono gasoso 918. A placa de união 910 ajuda a servir para equilibrar as cargas de calor e o fluxo de calor por toda a pilha quando formada em um permutadorde calor.
Com referência à figura 9b, a placa de gás de combustão 920 inclui as penetrações de câmara ou leito de reforma 921, 922 e 923 e a penetração de corrente de hidrocarbono gasoso 924. A placa de gás de combustão 920 também inclui o percurso de fluxo de gás de combustão 927 com as entradas de gás de combustão 926 e as saídas de gás de combustão 925. O percurso de fluxo 927 pode compreender um ou múltiplos canais de fluxo independentes 928. Apesar de um número específico de canais de fluxo independentes 928, ser ilustrado na figura 9b, deve-se compreender que o percurso de fluxo 927 pode compreender qualquer número adequado de canais de fluxo independentes configurados adequadamente de acordo com as necessidades individuais do sistema. Adicionalmente, apesar de a figura 9b ilustrar o percurso de fluxo 927 como sendo de fluxo cruzado ou passagem única, em algumas modalidades o percurso de fluxo 927 pode compreender múltiplas passagens, tal como de 2 a 20 passagens, de 2 a 10 passagens, ou de 2 a 5 passagens. Preferivelmente, o percurso de fluxo 925 é um percurso de fluxo de fluxo cruzado ou passagem única.
Com referência à figura 9c, a placa de vapor de hidrocarbono gasoso 950 inclui penetrações de câmara ou leito de reforma 951,952 e 953 e penetração de corrente de hidrocarbono gasoso 954. A placa de vapor de hidrocarbono gasoso 950 inclui percurso de fluxo de vapor de hidrocarbono gasoso 955 com entradas de vapor de hidrocarbono gasoso 956 e saídas de corrente de reformador 957. O percurso de fluxo 955 pode compreender um ou múltiplos canais de fluxo independentes 958. Apesar de um número específico de canais de fluxo independentes 958 ser ilustrado na figura 9c, deve-se compreender que o percurso de fluxo 955 pode compreender qualquer número adequado de canais de fluxo independentes configurados adequadamente de acordo com as necessidades individuais do sistema. Adicionalmente, apesar de a figura 9c ilustrar o percurso de fluxo 955 como sendo uma combinação do fluxo cruzado de múltiplas passagens e fluxo cruzado de passagem única, em algumas modalidades o percurso de fluxo 955 pode compreender múltiplas passagens de fluxo, tal como de 2 a 20 passagens, de 2 a 10 passagens ou de 2 a 5 passagens e em outras modalidades, o percurso de fluxo 955 pode compreender o fluxo cruzado de passagem única, fluxo simultâneo ou fluxo contrário. Preferivelmente, o percurso de fluxo 955 é uma combinação de múltiplas passagens de fluxo cruzado e fluxo cruzado de passagem única durante a permuta de calor, enquanto flui em uma direção geralmente de fluxo contrário ou fluxo cruzado com relação à corrente de gás de combustão 160. Em algumas modalidades, o percurso de fluxo 955 compreende múltiplas passagens de fluxo cruzado entre a entrada 956 e a primeira penetração de câmara ou leito de reforma 951, enquanto flui em uma direção geralmente contrária ao fluxo e o fluxo cruzado de passagem única entre as primeira e segunda câmaras de combustão e as segundas e terceiras câmaras de combustão, enquanto ainda flui em uma direção geralmente contrária ao fluxo.
Em algumas modalidades, a figura 9c também inclui os canais de vapor de hidrocarbono gasoso 960 e os canais de corrente de reformador 961. O canal de vapor de hidrocarbono gasoso 960 pode servir para alimentar a corrente de vapor de hidrocarbono gasoso 174 para dentro do pré-reformador 800 e as penetrações de corrente de hidrocarbono gasoso 954 e podem ser supridos através de um cabeçote que pode ser soldado ou conectado sobre as extremidades dos canais individuais através da pilha de placas que criam o PCR. As penetrações de vapor de hidrocarbono gasoso 954, juntamente com as penetrações de corrente de vapor de hidrocarbono gasoso nas outras placas podem formar uma câmara que pode ser uma câmara vazia ou que pode opcionalmente conter catalisador para promover a reforma adicional da corrente de vapor de hidrocarbono gasoso no pré-reformador 800. Em algumas modalidades, tal como as modalidades onde os canais 960 não são incluídos, a câmara formada a partir das penetrações de corrente de vapor de hidrocarbono gasoso podem servir como entrada para a corrente de vapor de hidrocarbono gasoso 174 no pré-reformador 800 pela alimentação da corrente através de uma porta fixada a uma placa de extremidade que fornece acesso à câmara. De forma similar, os canais de corrente de reformador 961 podem servir para coletar a corrente de reformador 811 fluindo nas placas individuais do pré-reformador 800 à medida que a corrente 174 completa sua pré-reforma na câmara formada pelas penetrações de câmara ou leito de reforma 917, 923 e 953 e as placas de extremidade para alimentação para o reformador 820. Os canais 961 podem alimentar a corrente para dentro de um cabeçote que pode ser soldado ou de outra forma conectado ao pré-reformador através das extremidades dos canais individuais através da pilha das placas que criam o PCR. Os canais 960 e 961 podem ser configurados e dimensionados de forma igual ou diferente com relação aos canais 958 e pode haver o mesmo número de canais 960 e 961 ou um número diferente em comparação com os canais 958. Geralmente, os canais 960 e 961 podem ter independentemente os tamanhos descritos na tabela 1.
Com referência à figura 9d, a placa de extremidade superior 970 pode ser uma placa em branco ou uma placa sem qualquer conjunto de circuito de percurso de fluxo e pode ser isolada para melhorar a transferência de calor e limitar a perda de calor. Em algumas modalidades, a placa de extremidade superior 970 pode incluir entradas e saídas ou portas para a entrada e saída de várias correntes. Em algumas modalidades, múltiplas pia- cas de extremidade superiores podem ser utilizadas em cada extremidade. Em algumas modalidades, uma única placa de extremidade superior 970 é utilizada. Em outras modalidades, múltiplas placas de extremidade superiores podem ser utilizadas para fornecer espessura suficiente para os cabeçotes ou portas. De forma similar, com referência à figura 9e, a placa de extremidade inferior 980 pode ser uma placa em branco ou placas sem qualquer conjunto de circuito de percurso de fluxo e pode ser isolada para melhorar a transferência de calor e limitar a perda de calor. Em algumas modalidades, a placa de extremidade inferior 980 pode incluir entradas e saídas ou portas para a entrada e saída de várias correntes, tal como a penetração 984 além de acesso às câmaras catalíticas através das portas de acesos 981, 982, e 983 formadas quando as placas individuais são empilhadas Em algumas modalidades, a placa de extremidade inferior 980 pode não incluir a penetração 984. Em algumas modalidades, múltiplas placas de extremidade inferiores podem ser utilizadas. Em algumas modalidades, uma única placa de extremidade inferior 980 é utilizada. Em outras modalidades, múltiplas placas de extremidade podem ser utilizadas para fornecer espessura suficiente para os cabeçotes ou portas. Em algumas modalidades, as placas de extremidade podem fornecer uma parede contra a placa de limite adjacente à placa de extremidade superior, servindo como tampas para as penetrações e suportando conexão das correntes relevantes com PCR 900, tal como através das portas ou cabeçotes. De acordo, as placas de extremidade devem ser espessas o suficiente para acomodar as pressões em cada uma das penetrações e para suportaras portas ou cabeçotes.
Quando empilhadas e unidas por difusão ou de outra forma para formar um PCR, as várias placas de limite 910, placas de gás de combustão 920 e placas de vapor de hidrocarbono gasoso 950 são preferivelmente alinhadas de forma que cada uma das várias penetrações de câmara ou leito de reforma 915, 921 e 951, e 916, 922 e 952 e 917, 923 e 953 sejam alinhadas para formar as câmaras de reforma ou leitos de reforma, tal como as câmaras ou leitos de reforma 807, 808 e 809. As câmaras ou leito de reforma podem ser carregados com catalisador estruturado ou não estruturado e a reação de reforma pode ser catalisada utilizando-se qualquer catalisador adequado. Adicionalmente, as várias placas são preferivelmente alinhadas de forma que as penetrações de vapor de hidrocarbono gasoso 918, 924, 954 e 984 formem um percurso ou câmara de acesso a fluxo para a corrente de vapor de hidrocarbono gasoso.
Em adição ao alinhamento das penetrações de câmara ou leito de reforma, o empilhamento das placas coloca preferivelmente os percursos de fluxo 911, 925 e 955 em proximidade um com o outro para facilitar a transferência de calor entre as correntes relevantes através das paredes dos canais independentes 912, 928, e 958. Em algumas modalidades, essa transferência de calor é representada na figura 8 como permutadores de calor 804, 805 e 806.
Em algumas modalidades, as placas podem ser empilhadas e unidas por difusão ou de outra forma unidas em qualquer ordem adequada para formar um PCR. Em algumas modalidades, as placas podem ser empilhadas na ordem que se segue: pelo menos uma placa de extremidade superior 970, uma placa de limite 910, múltiplas células de pré-reforma, cada célula de pré-reforma compreendendo uma placa de gás de combustão 920 e uma placa de hidrocarbono gasoso 950, seguida por uma outra placa de gás de combustão 920, outra placa de limite 910 e uma placa de extremidade inferior 980. De acordo, a ordem das placas de reator de circuito impresso em uma determinada pilha pode ter o seguinte padrão para as placas ativas (placa de limite 910 = B, placa de gás de combustão 920 = F, placa de hidrocarbono gasoso 950 = G): B F G F G F G...F G F G F B. Uma vista em perspectiva de uma placa de gás de combustão 920 e uma placa de hidrocarbono gasoso 950, isto é, uma célula de pré-reforma, é ilustrada na figura 10. As placas de extremidade podem ser placas em branco sem qualquer conjunto de circuito de percurso de fluxo e pode ser isolada para melhorar a transferência de calor e limitar a perda de calor. As placas de extremidade podem servir como tampas para as câmaras e percursos de acesso de fluxo formados pelo alinhamento das penetrações e suportar a conexão das correntes relevantes com o PCR, tal como através de portas ou cabeçotes em conexão de fluido com as câmaras e percursos de fluxo. De acordo, as placas de extremidade devem ser espessas o suficiente para acomodar as pressões em cada uma das penetrações e para suportar as portas ou cabeçotes. Em algumas modalidades, uma única placa de extremidade é utilizada para cada extremidade do PCR, onde a placa de extremidade é mais espessa do que as outras placas. Em outras modalidades, múltiplas placas de extremidade podem ser utilizadas em cada extremidade para fornecer a espessura suficiente para suportar ou fornecer os cabeçotes ou portas.
Em uma modalidade específica para a reforma de 2 SCMH de gás natural utilizando off-gas PSA como combustível, o PCR compreende 3 placas de extremidade superiores, seguidas por uma placa de limite 910 seguida pelas 11 células de reforma seguidas por uma placa de gás de combustão 920, seguida por uma placa de limite 910 e 3 placas de extremidade inferiores. Essa configuração resulta em um pré-reformador empilhado 800 que tem 49,6 mm. de altura quando utilizando as placas possuindo uma espessura de 1,60 mm. Preferivelmente, o PCR que cria o pré-reformador 800 é construído a partir de materiais adequados para suportar as pressões e l temperaturas às quais o pré-reformador 800 é exposto. Em algumas modalidades, o PCR e, portanto, o pré-reformador 800 pode ser construído a partir de liga 800H ou liga 617.
As placas individuais que criam o PCR podem ter independentemente as espessuras descritas na Tabela 1. Em algumas modalidades, as placas podem ter, cada uma, 1,6 mm. de espessura. Adicionalmente, cada um dos canais de fluxo independentes 912, 928 e 958 pode compreender independentemente uma seção transversal geralmente semicircular e pode possuir independentemente as dimensões descritas na Tabela 1. Em algumas modalidades, cada um dos canais de fluxo independentes 912, 928 e 958 pode ter uma seção transversal semicircular e pode ter uma largura de cerca de 1,99 mm., uma profundidade de cerca de 1,1 mm. e cerca de 0,5 mm. de saliências.
Em algumas modalidades, o PCR pode operar como se segue: a corrente de vapor de hidrocarbono gasoso 174 pode entrar no primeiro está- gio da reforma 801 através da entrada de vapor de hidrocarbono gasoso 956 e o percurso ou câmara de acesso de fluxo formado a partir do alinhamento das penetrações de vapor de hidrocarbono gasoso 918, 924, 954 e 984 e as placas de extremidade 970 e 980 e entrando no percurso de fluxo de vapor de hidrocarbono gasoso 955 nas placas de vapor de hidrocarbono gasoso 950. O vapor de hidrocarbono gasoso flui através da entrada de vapor de hidrocarbono gasoso 956 para dentro dos canais de fluxo independentes 958 nas placas de vapor de hidrocarbono gasoso 950 onde a corrente é aquecida pelo gás de combustão que entrou no PCR nas placas de gás de combustão 920 e placas de limite 910 e está fluindo nos canais de fluxo independentes 928 e 912 dos percursos de fluxo 925 e 911 respectivamente. Na modalidade nas figuras 9a-e, durante o primeiro estágio da permuta de calor, os canais de fluxo independentes 958 formam um percurso de fluxo 955 que possui múltiplas passagens e está em fluxo cruzado durante a permuta de calor com relação ao gás de combustão que está fluindo nos percursos de fluxo de passagem única 927 e 911.
Depois do primeiro estágio de aquecimento, o vapor de hidrocarbono gasoso fluindo nos canais 958 é direcionado para a câmara ou leito de reforma 807 formado a partir do alinhamento das penetrações de reforma 915, 921 e 951 e as placas de extremidade e é parcialmente reformado cata-liticamente. Essa corrente parcialmente reformada então entra no segundo estágio de pré-reforma 802 onde é aquecida pela corrente de gás de combustão 160. Nesse segundo estágio de aquecimento, os canais de fluxo independentes 958 formam um percurso de fluxo 955 que é um percurso de fluxo de passagem única fluindo em fluxo cruzado com relação ao gás de combustão que flui nos percursos de fluxo de passagem única 927 e 911.
Depois do segundo estágio de aquecimento, a corrente parcialmente reformada fluindo nos canais 958 é direcionada para dentro da câmara ou leito de reforma 808 formado a partir do alinhamento das penetrações de reforma 916, 922 e 952 e as placas de extremidade e é parcialmente reformada cataliticamente. A corrente parcialmente reformada resultante então entra no terceiro estágio de pré-reforma 802 onde é aquecida pela corrente de gás de combustão 160. Nesse terceiro estágio de aquecimento, os canais de fluxo independentes 958 formam um percurso de fluxo 955 que é um percurso de fluxo de passagem única que flui em fluxo cruzado com relação ao gás de combustão que está fluindo nos percursos de fluxo de passagem única 925 e 911.
Depois do terceiro estágio de aquecimento, a corrente parcialmente reformada fluindo nos canais 958 é direcionada para dentro da câmara ou leito de reforma 809 formado a partir do alinhamento das penetrações de reforma 917, 923 e 953 e as placas de extremidade e é parcialmente reformada cataliticamente. A corrente que deixa a câmara ou leito de reforma 809 deixa o pré-reformador 800 como a corrente de reformador 811 e prossegue para o primeiro estágio de reforma no reformador 820. A corrente de gás de combustão 160 deixa o pré-reformador 800 e é opcionalmente rea-quecida em uma câmara de combustão 175 antes de fornecer calor adicional para a corrente de água 108 no permutador de calor 164 antes de deixar o sistema de reformador 100.
Em algumas modalidades, a corrente de vapor de hidrocarbono gasoso 174 entra no pré-reformador 800 a uma temperatura pouco abaixo ou acima da temperatura de vapor saturado tal como entre 200 °C e 270 °C, entre 210 °C e 260 °C, entre 215 °C e 250 °C, entre 220 °C e 240 °C, ou entre 225 °C e 240 °C e a uma pressão de entre 10 mPaa e 100 mPaa, tal como entre 1 mPaa e 9 mPaa, entre 1 mPaa e 7,5 mPaa, entre 1 mPaa e 6 mPaa, entre 1 mPaa e 5 mPaa, entre 1 mPaa e 4 mPaa, entre 1 mPaa e 3 mPaa, entre 1 mPaa e 2 mPaa, entre 1 mPaa e 1,8 mPaa, entre 1,1 mPaa e 1,7 mPaa, entre 1,2 mPaa e 1,6 mPaa, entre 1,3 mPaa e 1,5 mPaa ou entre 1,35 mPaa e 1,45 mPaa e pode deixar o pré-reformador 800 como corrente de reformador 811 a uma temperatura de entre 500 °C e 700 °C, tal como entre 510 °C e 675 °C, entre 520 °C e 650 °C, entre 530 °C e 625 °C, entre 550 °C e 600 °C, ou entre 560 °C e 590 °C e a uma pressão de entre 1 mPaa e 10 mPaa, tal como entre 1 mPaa e 9 mPaa, entre 1 mPaa e 7,5 mPaa, entre 1 mPaa e 6 mPaa, entre 1 mPaa e 5 mPaa, entre 1 mPaa e 4 mPaa, entre 1 mPaa e 3 mPaa, entre 1 mPaa e 2 mPaa, entre 1 mPaa e 1,8 mPaa, entre 1,1 mPaa e 1,7 mPaa, entre 1,2 mPaa e 1,6 mPaa, entre 1,3 mPaa e 1,5 mPaa ou entre 1,35 mPaa e 1,45 mPaa. A corrente de gás de combustão 160 pode entrar no pré-reformador 800 a uma temperatura de entre 700 °C e 1050 °C, tal como entre 750 °C e 1000 °C, entre 800 °C e 950 °C, entre 825 °C e 925 °C, entre 850 °C e 900 °C, e a uma pressão de menos de 100 kPa, tal como menos de 75 kPa, menos de 50 kPa, menos de 40 kPa, menos de 30 kPa, menos de 20 kPa, menos de 15 kPa, menos de 10 kPa, menos de 7,5 kPa, ou menos de 5 kPa e pode deixar o pré-reformador 800 a uma temperatura de entre 500 °C e 650 °C, tal como entre 510 °C e 625 °C, entre 520 °C e 600 °C, entre 530 °C e 575 °C e a uma pressão de menos de 100 kPa, tal como menos de 75 kPa, menos de 50 kPa, menos de 40 kPa, menos de 30 kPa, menos de 20 kPa, menos de 15 kPa, menos de 10 kPa, menos de 75 bar ou menos de 5 kPa.
Com referência à figura 8, depois de deixar o pré-reformador 800, a corrente do reformador 811 entra no reformador 820. Como ilustrado na figura 8, o reformador 820 compreende múltiplos estágios de reforma tal como 821, 822, 823, 824 e 825 e estágios representados pela quebra 880 que deve representar qualquer número adequado de estágios configurados essencialmente igual aos estágios 821-825 como descrito abaixo, cada estágio incluindo a permuta de calor da corrente de ar de reformador 126 para dentro da corrente de reformador 811 nos permutadores de calor 831, 832, 833, 834 e 835 seguidos pela reforma catalítica da corrente do reformador 811 nos reformadores 841, 842, 843, 844 e 845 e o reaquecimento da corrente de ar do reformador 126 pela combustão catalítica de uma parte da corrente de combustível de reformador 124 nas câmaras de combustão 851, 852, 853, e 855. A corrente de combustível de reformador 124 pode ser suprida em paralelo aos estágios individuais através de uma rede de distribuição de combustível compreendendo a corrente de combustível de reforma 124 e as correntes de combustível de estágio de reforma 861, 862, 863 e 865. Apesar de a figura 8 ilustrar cinco estágios completos 821, 822, 823, 824 e 825, deve-se compreender que qualquer número adequado de está- gios de reforma pode ser utilizado, tal como de 1 a 40 estágios de reforma, tal como de 2 a 35 estágios, de 3 a 30 estágios, de 5 a 25 estágios, de 8 a 20 estágios ou de 10 a 15 estágios de reforma como representado pela quebra em 880. Deve-se notar também que os últimos estágios da reforma podem não exigir o reaquecimento da corrente de ar de reformador 126 para fornecer o calor adequado para a reforma catalítica e, dessa forma, um ou mais dos últimos estágios pode não incluir a etapa de reaquecimento da corrente de ar de reformador 126, pode não incluir as câmaras de combustão ou pode não ter o catalisador em suas câmaras de combustão e/ou pode não incluir uma corrente de combustível de estágio de reforma. Em algumas modalidades, o último estágio de reforma não inclui o reaquecimento da corrente de ar de reformador 126. Por exemplo, apesar de o estágio de reforma 824 ilustrar uma câmara de combustão 875, o mesmo não inclui um suprimento de combustível e, dessa forma, a câmara de combustão 875 pode não incluir catalisador e combustão adicional pode não ocorrer. Alternativamente, a câmara de combustão 875 pode incluir o catalisador e pode com-burar quaisquer componentes combustíveis remanescentes na corrente de ar de reformador 126. Preferivelmente, as condições de formação de pó de metal e coque são evitadas por todos os estágios de reforma.
Em algumas modalidades, o reformador 820 compreende um PCR. O PCR pode ser configurado de forma similar a um permutador de calor de circuito impresso ("PCHE"), com as câmaras ou leitos de catalisador de reforma fornecidos de maneira intermitente dentro do percurso de fluxo da corrente de reformador 811 e câmaras de catalisador de combustão fornecidas de forma intermitente dentro dos percursos de fluxo para a corrente de ar de reformador 126 e corrente de combustível de reformador 124 de forma que a corrente de reformador 811 possa ser aquecida alternadamente pela corrente de ar de reformador 126 e então parcialmente reformada cata-liticamente enquanto a corrente de ar de reformador 126 aquece alternadamente a corrente de reformador 811 e é reaquecida pela combustão de uma parte da corrente de combustível de reformador 124. O PCR pode ser construído a partir de uma série de placas que podem ser combinadas em uma pilha e unidas por difusão ou de outra forma para fornecer a permuta de calor entre as correntes quente e fria pela colocação dos canais que criam os percursos de fluxo em proximidade um com o outro e para fornecer a reforma catalítica da corrente de reformador 811 e combustão catalítica de uma parte da corrente de combustível de reforma 124 na presença da corrente de ar de reforma 126. O empilhamento pode incluir o empilhamento das placas de extremidade, placas de limite e configurações específicas das placas de corrente de reformador, placas de ar de reformador, e placas de combustível de reformador.
Em geral, os percurso de fluxo para cada uma das correntes pode ser formado como canais nas placas por gravação, moagem ou outro processo adequado e pode ser configurado para fornecer a permuta de calor desejada, enquanto controla as quedas de pressão para uma ou mais das correntes através do PCR. Os canais nas placas e corrente de reforma e as placas de corrente de ar de reforma podem ser configurados pra a transferência de calor de passagem única ou múltiplas passagens entre as correntes, e podem ser configurados para operar em fluxo simultâneo, fluxo cruzado ou fluxo contrário. Em algumas modalidades, as placas para uma das correntes de reforma ou correntes de ar de reforma podem ser configuradas para passagens únicas. Preferivelmente, as correntes que entram e saem do PCR são mantidas nas mesmas condições de temperatura, pressão e composição para evitar ou reduzir as condições de formação de pó de metal e coque dentro do PCR.
Um exemplo das placas que criam uma modalidade de tal PCR pode ser encontrado nas figuras 11a-f. As modalidades ilustradas nas figuras 11a-f compreendem 14 estágios de reforma, mas deve-se compreender que qualquer número adequado de estágios pode ser utilizado com modificação adequada para as várias placas ilustradas. Com referência às figuras 11 a-f, o PCR pode compreender uma ou mais placas de limite 1101, uma ou mais placas de reformador 1121, uma ou mais placas de ar de reformador 1141, uma ou mais placas de combustível de reformador 1161, uma ou mais placas de extremidade superiores 1180 e uma ou mais placas de extremida- de inferiores 1190.
Com referência à figura 11a, a placa de limite 1101 inclui a penetração de câmara de entrada de corrente de reformador 1102 e a penetração de câmara de saída de corrente de reformador 1103, que também pode ser a última penetração de câmara ou leito de reforma, e um percurso de fluxo 1104 compreendendo múltiplos canais de fluxo independentes 1105. Em geral, a placa de limite 1101 terá menos canais de fluxo independentes 1105 do que o número de canais de fluxo independentes na placa de reformador 1121. Em algumas modalidades, a placa de limite 1102 possui metade do número de canais de fluxo independentes como a placa de reformador 1121. Como ilustrado na vista expandida da placa de limite 1101 na figura 11aa, um exemplo de um estágio único de reforma 1110 dos 14 estágios incluídos na placa de limite 1101 inclui uma penetração de câmara ou leito de reforma 1112, uma penetração de câmara de combustão 1114 e uma penetração de suprimento de combustível 1113. A placa de limite 1101 ajuda a servir para equilibrar as cargas de calor e fluxo de calor por toda a pilha quando formada em um permutador de calor.
Apesar de a figura 11aa ilustrar a penetração de câmara de reformador 1112 no lado direito da placa de limite 1101, deve-se compreender que as penetrações de câmara de reformador para os estágios de reforma de lados alternados ao longo da placa de limite 1101 com penetrações de suprimento de combustível 1113a partir das primeira penetrações ou penetrações de entrada 1102 até as últimas penetrações ou penetrações de saída 1103 e podem ser iniciadas em qualquer lado da placa de limite 1101. De acordo, os estágios imediatamente anteriores e posteriores ao estágio 1110 terão as penetrações de câmara ou leito de reforma 1112 no lado esquerdo da placa de limite 1101 e as penetrações de suprimento de combustível 1113 no lado direito da placa de limite 1101. Em algumas modalidades, os estágios podem ser configurados diferentemente como adequado para o uso pretendido e as modalidades do processo e aparelho descritos aqui não devem ser compreendidos como limitados à alternância das várias penetrações. Por exemplo, onde a permuta de calor inclui uma ou mais passagens, a configuração pode mudar para acomodar essas passagens.
Em operação, uma parte da corrente de reformador 811 flui através dos canais independentes 1105 onde recupera o calor da corrente de ar do reformador aquecida 126 fluindo nos canais independentes 1145 ilustrados na figura 11c e 11cc e então prossegue para a penetração de câmara de reformador 1112. As penetrações de câmara de reformador 1112 (incluindo as penetrações 1102 e 1103) combinam com as penetrações de câmara de reformador correspondente 1132 (incluindo as penetrações 1122 e 1123), 1152, 1172 e 1192 nas placas nas figuras 11 b-d e f, respectivamente, para formar as câmaras de reformador, tal como as câmaras de reformador 841, 842, 843, 844 e 845 ilustradas na figura 8, onde a corrente de reformador 811 é parcialmente reformada cataliticamente. Em algumas modalidades, a câmara formada pelas penetrações de entrada 1102 juntamente com as penetrações correspondentes nas outras placas podem ser alinhadas para formar uma câmara em branco ou vazia que não inclui o catalisador e não reforma a corrente de reformador 811. Depois de ser parcialmente reformada a corrente de reformador 811 deixa a câmara de reformador e recupera o calor no próximo estágio de reforma, até que deixe o último estágio de reforma através das penetrações de saída de corrente de reformador 1103, ponto no qual a corrente reformada é combinada com a corrente reformada que deixa o último estágio de reforma na placa de reformador 1121 para formar a corrente de syngas 180. A figura 11b ilustra a placa de reformador 1121 possuindo a penetração de entrada de corrente de reformador 1122, e a penetração de câmara de saída de corrente de reformador 1123, que também pode ser a última penetração de câmara ou leito de reforma, e um percurso de fluxo 1124 que compreende múltiplos canais independentes 1125. Como ilustrado na vista expandida da placa de reformador 1121 na figura 11 bb, um exemplo de um único estágio de reforma 1130 dos 14 estágios incluídos na placa de reformador 1121 inclui uma penetração de câmara ou leito de reforma 1132, uma penetração de câmara de combustão 1134 e uma penetração de suprimento de combustível 1133. Apesar de a figura 11 bb ilustrar a penetração de câmara de reformador 1132 no lado direito da placa de reformador 1121, deve-se compreender que as penetrações de câmara de reformador para os estágios de reforma de lados alternados ao longo da placa de reformador 1121 com penetrações de suprimento de combustível 1133 a partir das penetrações de entrada 1122 para as penetrações de saída 1123 e podem ser iniciadas em qualquer lado da placa de reformador 1121. De acordo, os estágios imediatamente anteriores e posteriores ao estágio 1130 terão as penetrações de câmara e leito de reforma 1132 no lado esquerdo da placa de reformador 1121 e as penetrações de suprimento de combustível 1133 no lado direito da placa de reformador 1121. Em algumas modalidades, os estágios podem ser configurados diferentemente como adequado para o uso pretendido e as modalidades do processo e aparelho descritos aqui não devem ser considerados limitados pela alternância das várias penetrações. Por exemplo, onde a permuta de calor inclui uma ou mais passagens, a configuração pode mudar para acomodar essas passagens.
Em operação, uma parte da corrente de reformador 811 flui através de canais independentes 1125 onde recupera o calor da corrente de ar de reformador aquecida 126 fluindo em canais independentes 1145 ilustrados na figura 11c e 11cc e então prossegue para a penetração de câmara de reformador 1132. As penetrações de câmara de reformador 1132 (incluindo as penetrações 1122 e 1123) combinam com as penetrações de câmara de reformador correspondentes 1112 (incluindo as penetrações 1102 e 1103), 1152, 1172 e 1192 nas placas nas figuras 11 a, c-d e f para formar as câmaras de reformador, tal como as câmaras de reformador 841,842, 843, 844 e 845 ilustradas na figura 8, onde a corrente de reformador 811 é parcialmente reformada cataliticamente. Em algumas modalidades, a câmara formada pelas penetrações de entrada 1122 juntamente com as penetrações correspondentes nas outras placas pode ser alinhada para formar uma câmara em branco ou vazia que não inclui o catalisador e não reforma a corrente de reformador 811. Depois de ser parcialmente reformada, a corrente de reformador 811 deixa a câmara de reformador e recupera o calor no próximo estágio de reforma, até que deixa o último estágio de reforma e entra nas penetra- ções de saída de corrente de reformador 1123, ponto no qual a corrente reformada é combinada com a corrente reformada que deixa o último estágio de reforma na placa de reformador 1101 para formar a corrente de syngas 180.
Em algumas modalidades, as figuras 11a-b também incluem os canais de entrada de corrente de reformador 1106 e 1126 e os canais de saída de corrente de reformador 1107 e 1127. Os canais de entrada de corrente de reformador 1106 e 1126 podem servir para alimentar a corrente de reformador 811 dentro do reformador 820 e as penetrações de entrada 1102 e 1122 e podem ser supridas através de um cabeçote que pode ser soldado ou conectado através das extremidades dos canais individuais através da pilha de placas que criam o PCR. As penetrações de entrada 1102 e 1122, juntamente com as penetrações correspondentes nas outras placas podem formar uma câmara que pode ser uma câmara vazia ou que pode conter opcionalmente o catalisador para promover a reforma adicional da corrente de reformador no reformador 820. Em algumas modalidades, tal como as modalidades onde os canais 1106 e 1126 não são incluídos, a câmara formada a partir das penetrações de entrada podem servir como entrada para a corrente de reformador 811 dentro do pré-reformador 800 pela alimentação da corrente através de uma porta fixada a uma placa de extremidade que fornece acesso à câmara. De forma similar, os canais de saída de corrente de reformador 1107 e 1127 podem servir para coletar a corrente de syngas 180 que flui nas placas individuais do reformador 820 à medida que a corrente 811 completa sua reforma na câmara formada pelas penetrações de câmara ou leito de reforma 1103 e 1123 e as penetrações correspondentes nas outras placas e placas de extremidade. Os canais 1107 e 1127 podem alimentara corrente 180 para dentro de um cabeçote que pode ser soldado ou de outra forma conectado ao pré-reformador através das extremidades dos canais individuais através da pilha de placas que cria o PCR. Os canais 1106, 1107, 1126 e 1127 podem ser configurados e dimensionados igual ou diferentemente dos canais 1105 e 1125 e pode haver um número igual ou diferente de canais 1106, 1107, 1126 e 1127 em comparação com os canais 1105 e 1125. Geralmente os canais 1106, 1107, 1126 e 1127 podem possuir independentemente os tamanhos descritos na Tabela 1. A figura 11c ilustra uma placa de ar de reformador 1141, possuindo entradas de ar de reformador 1142 e saídas de ar de reformador 1143 e um percurso de fluxo 1144 que compreende múltiplos anais independentes 1145. Como ilustrado na vista expandida da placa de ar de reformador 1141, na figura 11cc, um exemplo de um estágio único de reforma 1150 dos 14 estágios incluídos na placa de ar de reformador 1141 inclui uma penetração de câmara ou leito de reformador 1152, uma penetração de câmara de combustão 1154 e uma penetração de suprimento de combustível 1153. Apesar de a figura 11cc ilustrar a penetração de câmara de reformador 1152 no lado direito da placa de ar de reformador 1141, deve-se compreender que as penetrações de câmara de reformador para os estágios de reforma alterna os lados ao longo da placa de ar de reformador 1141 com as penetrações de suprimento de combustível 1153 a partir das entradas 1142 para as saídas 1143 e podem ser iniciadas em qualquer lado da placa de ar de reformador 1141. De acordo, os estágios imediatamente anteriores ou posteriores ao estágio 1150 terão as penetrações de câmara ou leito de reforma 1152 no lado esquerdo da placa de ar de reformador 1141 e as penetrações de suprimento de combustível 1153 no lado direito da placa de ar de reformador 1141. Em algumas modalidades, os estágios podem ser configurados diferentemente como adequado para o uso pretendido e as modalidades do processo e aparelho descritos aqui não devem ser compreendidas como limitadas à alternância das várias penetrações. Por exemplo, onde a permuta de calor inclui uma ou mais passagens, a configuração pode mudar para acomodar essas passagens.
Em operação, a corrente de ar de reformador 126 flui através de canais independentes 1145 que podem fornecer o calor para uma parte da corrente de reformador 811 fluindo nos canais independentes 1105 na placa de limite 1101 ilustrada na figura 11a e uma parte da corrente de reformador 811 fluindo nos canais independentes 1125 ilustrados na figura 11b através das paredes dos canais independentes em cada placa. A corrente de ar de reformador 126 então prossegue para a penetração de câmara de combustão 1154. As penetrações de câmara de combustão 1154, combinam com as penetrações de câmara de combustão correspondentes 1114, 1134, 1174 e 1194 nas placas ns figuras 11a-b, d e f para formar as câmaras de combustão, tal como as câmaras de combustão 851, 852, 853 e 855 ilustradas na figura 8, onde a corrente de ar de reformador 126 é reaquecida pela combustão catalítica do combustível a partir dos canais independentes 1165 nas placas de combustível de reformador 1161. Depois de ser reaquecida, a corrente de ar de reformador 126 deixa a câmara de combustão e aquece a corrente de reformador 811 no próximo estágio da reforma, até deixar o último estágio de reforma e entrar ns penetrações de ar de reforma, onde, com referência à figura 8, deixa o módulo de reformador 150 como corrente de gás de combustão 160. A figura 11 d ilustra uma placa de combustível de reformador 1161, possuindo entradas de combustível de reformador 1162, saídas de combustível de reformador 1163 e percursos de fluxo 1164 que compreendem um ou mais canais independentes 1165. Diferentemente do fluxo serial das correntes que fluem nas placas ilustradas nas figuras 11a-c, uma parte da corrente de combustível de reformador 124 é suprida individualmente e independentemente para cada um dos estágios dentro do reformador em paralelo. De acordo, cada estágio de reforma ao qual o combustível é suprido nas placas de combustível de reformador 1161 tem suas próprias entradas de combustível de reformador 1162, saídas de combustível de reformador 1163 e percurso de fluxo 1164. Adicionalmente, a quantidade de corrente de combustível de reformador 124 suprida para cada estágio pode ser igual ou diferente da quantidade de corrente de combustível de reformador 124 suprida para os outros estágios. Como resultado disso, as entradas de combustível de reformador 1162, as saídas de combustível de reformador 1163 e os percursos de fluxo 1164 de cada estágio podem ser configurados da mesma forma ou de uma forma diferente com relação aos outros estágios. Em algumas modalidades, a quantidade de corrente de combustível de reformador 124 suprida para cada estágio depois do primeiro estágio pode ser reduzida com relação ao estágio anterior. Adicionalmente, um ou mais estágios posteriores podem não receber qualquer parte da corrente de combustível de reformador 124, visto que a necessidade de reaquecimento da corrente de ar de reformador 126 pode ser reduzida ou pode não existir em alguns dos estágios posteriores de reforma. Uma modalidade de um sistema no qual a quantidade de corrente de combustível de reformador 124 suprida para cada estágio de reforma sucessivo é reduzida é discutida abaixo com relação à figura 15.
Como ilustrado na figura 11 d, os percurso de fluxo 1164 podem ser configurados para controlar passivamente a quantidade de corrente de combustível de reformador 124 suprida para os estágios de reforma pelo controle do tamanho, número e geometria dos canais independentes 1165 e as quedas de pressão por todo o sistema de reforma 100. Múltiplas saídas de combustível de reforma 1163 podem ser utilizadas para cada estágio para suprir de forma mais homogênea a parte da corrente de combustível de reformador 124 da penetração de combustão 1174 desse estagio. Adicionalmente, par alguns estágios, a parte da corrente de combustível de reformador 124 suprida para o estágio pode ser fornecida a partir de uma ou mais das uma penetrações de suprimento de combustível 1173. De acordo, deve-se compreender que quando se refere a um único estágio de reforma, uma parte do combustível suprido para esse estágio pode vir de uma penetração de suprimento de combustível 1173 fisicamente associada com um estágio diferente e que as penetrações de suprimento de combustível 1173 podem ser configuradas para suprir combustível par mais de um estágio. As penetrações de suprimento de combustível 1173, combinam com as penetrações de suprimento de combustível correspondentes 1113, 1133, 1153, e 1183 ns placas das figuras 11a-c e e para formar os percursos ou câmaras de acesso de fluxo de suprimento de combustível.
Como ilustrado na vista expandida da placa de combustível de reformador 1161 na figura 11 dd, um exemplo de um estágio único de reforma 1170 dos 14 estágios incluídos na placa de combustível de reformador 1161 inclui uma penetração de suprimento de combustível 1173, uma pene- tração de câmara de combustão 1174 e uma penetração de câmara ou leito de reforma 1172. Apesar de a vista expandida da placa de combustível de reformador 1161 ilustrar a penetração e suprimento de combustível 1173 no lado direito da placa de combustível de reformador 1161, deve-se compreender que as penetrações de suprimento de combustível alternam lados ao longo da placa de combustível de reformador 1161 com as penetrações de câmara e leito de reforma 1172. De acordo, os estágios imediatamente anteriores ou posteriores ao estágio 1170 terão as penetrações de suprimento de combustível 1173 no lado esquerdo da placa de combustível de reformador 1161 e as penetrações de câmara ou leito de reforma 1172 no lado direito da placa de combustível de reformador 1161. Em algumas modalidades, os estágios podem ser configurados diferentemente como adequado para o uso pretendido e as modalidades do processo e aparelho descritos aqui não devem ser compreendidas como sendo limitadas à alternância das várias penetrações.
Em operação, uma parte da corrente de combustível de reformador 124 flui a partir dos percursos ou câmaras de acesso de fluxo de suprimento de combustível através das entradas de combustível 1162 ao longo dos percursos de fluxo 1164 compreendendo canais independentes 1165, através das saídas de combustível 1163 e entrando nas câmaras de combustão 1174 onde a parte do combustível da corrente de combustível de reformador 124 é cataliticamente comburada na presença da corrente de ar de reformador 126, reaquecendo, assim, a corrente de ar do reformador 126. Os subprodutos da combustão da parte do combustível da corrente de combustível de reformador 124 deixam a câmara de combustão com a corrente de ar de reformador 126.
Em algumas modalidades, as figuras 11a-d incluem, cada uma, canais de entrada de corrente de ar de reformador 1108, 1128, 1142 e 1168 e os canais de saída de corrente de ar de reformador 1109, 1129, 1143 e 1169. Os canais de entrada de corrente de reformador 1108, 1128, 1142 e 1168 podem servir para alimentar a corrente de ar de reformador 126 para dentro do reformador 820 e as penetrações de entrada de ar de reformador 1115, 1135, 1155 e 1175 e podem ser supridos através de um cabeçote que pode ser soldado ou conectado sobre as extremidades dos canais individuais através da pilha de placas que criam o PCR. As penetrações de entrada 1115, 1135, 1155 e 1175 podem formar uma câmara que pode ser uma câmara vazia que coleta a corrente de ar de reformador para alimentação para dentro do percurso de fluxo 1144 compreendendo os canais 1145. De forma similar, os canais de saída de corrente de reformador 1109, 1129, 1143 e 1169 podem servir para alimentar a corrente de gás de combustão 160 fluindo nas placas individuais do reformador 820 depois do estágio final da per-muta de calor e combustão opcional para a tubulação alimentando a corrente de gás de combustão para o pré-reformador 800. Os canais 1109, 1129, 1143 e 1169 podem alimentar a corrente 160 para dentro de um cabeçote que pode ser soldado ou de outra forma conectado ao pré-reformador sobre as extremidades dos canais individuais através da pilha de placas que criam o PCR. Os canais de entrada de corrente de ar de reformador 1108, 1128, 1142 e 1168 e os canais de saída de corrente de ar de reformador 1109, 1129, 1143 e 1169 podem ser configurados e dimensionados da mesma forma ou diferentemente dos canais 1145 e pode haver um número igual ou diferente de canais de entrada de corrente de ar de reformador 1108, 1128, 1142 e 1168 e canais de saída de corrente de arde reformador 1109, 1129, 1143 e 1169 em comparação com os canais 1145. Geralmente, os canais de entrada de corrente de ar de reformador 1108, 1128, 1142 e 1168 e os canais de saída de corrente de arde reformador 1109, 1129, 1143 e 1169 podem ter independentemente os tamanhos descritos na Tabela 1. Pela configuração da alimentação da corrente de ar de reformador 126 dessa forma, a queda de pressão da corrente através do reformador pode ser minimizada. A figura 11e ilustra um exemplo de uma placa de extremidade superior 1180 possuindo penetrações de suprimento de combustível 1183. A placa de extremidade superior 1180 pode ser uma placa em branco ou placas sem qualquer conjunto de circuito de percurso de fluxo e pode ser isolada para melhorar a transferência de calor e limitar a perda de calor. Em algumas modalidades, uma única placa de extremidade superior 1180 é utili- zada. Em outras modalidades, múltiplas placas de extremidade superiores 1180 podem ser utilizadas para fornecer espessura suficiente para os cabeçotes ou portas que suprem o combustível. Em algumas modalidades, um cabeçote pode ser fornecido e é conectado, tal como soldado, através do comprimento e largura da placa superior e fornece o suprimento de combustível para cada uma das penetrações de suprimento de combustível. Em algumas modalidades, esse suprimento pode ser realizado pelo fornecimento de combustível para o cabeçote, onde o cabeçote é um espaço aberto único que fornece acesso a cada uma das penetrações de suprimento de combustível, que, em virtude de sua configuração, fornecem a queda de pressão desejada para alcançar o controle passivo desejado do suprimento de combustível para as câmaras de combustão no reformador. De forma similar, como ilustrado na figura 11f a placa de extremidade inferior 1190 pode ser uma placa em branco ou placas sem qualquer conjunto de circuito de percurso de fluxo e pode ser isolada para melhorar a transferência de calor e limitar a perda de calor. Em algumas modalidades, a placa de extremidade inferior 1190 pode incluir entradas e saídas para a entrada e saída de uma ou mais das várias correntes além das penetrações de câmara ou leito de reforma 1192 e penetrações de câmara de combustão 1194, que podem ter portas de acesso conectadas às mesmas. Em algumas modalidades, múltiplas placas de extremidade inferiores podem ser utilizadas. Em algumas modalidades, uma única placa de extremidade inferior 1190 é utilizada. Em outras modalidades, múltiplas placas de extremidade podem ser utilizadas para fornecer espessura suficiente para os cabeçotes ou portas. Em algumas modalidades, as placas de extremidade fornecem uma parede para as passagens na placa de limite voltada para a placa de extremidade, servem como tampas para as penetrações e suportam a conexão das correntes relevantes para o PCR, tal como através das portas ou cabeçotes. De acordo, em algumas modalidades, as placas de extremidade devem ser espessas o suficiente para acomodar as pressões em cada uma das penetrações e para suportar as portas ou cabeçotes. Em algumas modalidades, as várias penetrações nas placas de extremidade inferiores podem, cada uma, ser tampa- das com as tampas de penetração, depois que as placas foram empilhadas e formadas em um reformador. Em algumas modalidades, as tampas de penetração podem compreender qualquer material adequado, incluindo o material a partir do qual as placas são formadas e podem ser conectadas, tal como soldadas ou conectadas de outra forma para bloquear, vedar ou cobrir as penetrações nas placas de extremidade inferiores.
Quando empilhadas e unidas por difusão ou unidas de outra forma para formar um PCR, as várias placas de limite 1101, placas de reformador 1121, placas de ar de reformador 1141, placas de combustível de reformador 1161, placas de extremidade superiores 1180 e placas de extremidade inferiores 1190 são preferivelmente alinhadas de modo que cada uma das várias penetrações de câmara ou leito de reforma 1112, 1132, 1152, 1172 e 1192 sejam alinhadas para formar as câmaras de reforma ou leitos de reforma, tal como as câmaras ou leitos de reforma 841, 842, 843, 844 e 845. Em adição ao alinhamento das penetrações de câmara ou leito de reforma, o empilhamento das placas alinha, preferivelmente, as penetrações de suprimento de combustível 1113, 1133, 1153, 1173 e 1183 para formar os percursos ou câmaras de acesso a fluxo de suprimento de combustível e alinha as penetrações de câmara de combustão 1114, 1134, 1154, 1174 e 1194 para formar as câmaras de combustão, tal como as câmaras de combustão 851, 852, 853, e 855. As câmaras ou leitos de reforma e as câmaras de combustão podem ser carregados com catalisador estruturado ou não estruturado e a reação de reforma e a reação de combustão podem ser catalisadas utilizando-se qualquer catalisador adequado. Para essas placas e correntes que não possuem penetrações através das quais os percursos de fluxo e os canais de fluxo são acessados, os cabeçotes podem ser fixados, tal como soldados, sobre as extremidades individuais de canal para facilitar a distribuição e/ou coleta da corrente que flui através dos canais relevantes.
Em adição ao alinhamento das várias penetrações, o empilhamento das placas coloca preferivelmente os percursos de fluxo 1104 e 1124 em proximidade com o percurso de fluxo 1144 para facilitar a transferência de calor através das paredes dos canais independentes 1145 dentro dos canais independentes 1105 e 1125. Em algumas modalidades, essa transferência de calor ocorre no que foi representado na figura 8 como permutado-res de calor, tal como os permutadores de calor 831,832, 833 e 834.
Em algumas modalidades, as placas podem ser empilhadas e unidas por difusão ou de outra forma em qualquer ordem adequada para formar uma versão PCR do reformador 820. Em algumas modalidades, as placas podem ser empilhadas e unidas por difusão ou unidas de outra forma na ordem que se segue: pelo menos uma placa de extremidade superior 1180, uma placa de limite 1101, múltiplas células de reforma, cada célula de reforma compreendendo uma placa de ar de reformador 1141, placa de combustível de reformador 1161, uma segunda placa de ar de reformador 1141 e uma placa de reformador 1121, e o resto da pilha inclui em ordem uma placa de ar de reformador 1141, uma placa de combustível de reformador 1161, uma segunda placa de arde reformador 1141, outra placa de limite 1101 e uma placa de extremidade inferior 1190. De acordo, a ordem das placas de reator de circuito impresso em uma determinada pilha para algumas modalidades do reformador 820 pode ter o seguinte padrão para as placas ativas (placa de limite 1101 = B, placa de arde reformador 1141 = A, placa de combustível de reformador 1161 = F, uma placa de reformador 1121 =R):BAFARAFA R...A FAB. Uma vista em perspectiva de uma célula de reforma é ilustrada na figura 12.
Em uma modalidade específica para a reforma de 2 SCMH de gás natural, o reformador 820 compreende um PCR possuindo 3 placas de extremidade superiores, seguidas por uma placa de limite 910, seguida por 5 células de reforma seguidas por uma placa de ar de reformador 1141, uma placa de combustível de reformador 1161, uma segunda placa de ar de reformador 1141, outra placa de limite 1101 e 3 placas de extremidade inferiores. Preferivelmente, o reformador 820 compreende um PCR que é construído a partir de materiais adequados para suportar as pressões e temperaturas às quais o reformador 820 é exposto. Em algumas modalidades, o reformador 820 pode ser construído a partir da liga 800H ou liga 617.
As placas individuais que criam o PCR podem ter independentemente as espessuras descritas na Tabela 1. Em algumas modalidades, as placas podem ter, cada uma, 1,6 mm. de espessura. Adicionalmente, cada um dos canais de fluxo independentes 1105, 1125, 1145 e 1165 pode compreender independentemente uma seção transversal geralmente semicircular e pode possuir independentemente as dimensões descritas na Tabela 1. Em algumas modalidades, os canais independentes 1105 nas placas de limite 1101 podem ter uma profundidade de 1,10 mm. de profundidade, uma largura de 1,69 mm. e 1,00 mm. de saliências. Em algumas modalidades, os canais independentes 1125 das placas de reformador 1121 podem ter uma profundidade de 1,10 mm., uma largura de 1,69 mm. e 1,00 mm. de saliências. Em algumas modalidades, os canais independentes 1145 nas placas de ar de reformador 1141 podem ter uma profundidade de 1,10 mm., uma largura de 1,69 mm. e 0,90 mm. de saliências. Em algumas modalidades, os canais independentes 1165 nas placas de combustível de reformador 1161 podem ter uma profundidade de 1,10 mm. , uma largura de 1,69 mm. e 0,4 mm. de saliências.
Em algumas modalidades, quando o reformador 820 compreende um PCR, o PCR pode operar como segue: a corrente do reformador 811 pode entrar nos percursos de fluxo 1104 e 1124 nas placas de limite 1101 e placas de reformador 1121, uma câmara de reformador livre de catalisador formada pelo alinhamento das penetrações de reformador relevantes em cada uma das placas criando o PCR incluindo as penetrações de entrada de corrente de reformador 1102 e 1122. A corrente de reformador 811 pode entra nos canais independentes 1105 e 1125 que criam os percursos de fluxo 1104 e 1124 onde é aquecida pela corrente de ar de reformador 126 que entrou no PCR na placa de ar de reformador 1141 através das entradas de arde reformador 1141 e na reforma de múltiplos canais independentes 1145 do percurso de fluxo 1144. Preferivelmente, a corrente de ar de reformador 126 e a corrente de reformador 811 permuta calor através das paredes de seus canais independentes 1145, 1105 e 1125 enquanto flui em fluxo cruzado de passagem única porém geralmente as correntes fluem preferivelmente em uma direção de fluxo simultâneo como ilustrado na figura 8. Dessa forma, durante a transferência real de calor as correntes fluem preferivelmente em fluxo cruzado com relação uma à outra, mas o fluxo de ambas as correntes através do PCR é preferivelmente em uma direção de fluxo simultâneo.
Depois de receber o calor da corrente de ar de reformador 126, a corrente de reformador 811 entra na câmara ou leito de reforma 841 formado a partir do alinhamento das várias penetrações de câmara ou leito de reforma nas placas do PCR onde o hidrocarbono gasoso na corrente de reformador é parcialmente cataliticamente reformado. De forma similar, depois do aquecimento da corrente de reformador 811a corrente de ar do reformador 126 entra na câmara de combustão 851 onde é reaquecida pela combustão de uma parte do combustível da corrente de combustível de reformador 124. A parte da corrente de combustível de reformador 124 entra no PCR através de um ou mais dos percursos ou câmaras de acesso de fluxo de combustível de reformador formados pelo alinhamento das penetrações de suprimento de combustível relevantes em cada uma das placas que criam o PCR e entra em canais independentes 1165 do percurso de fluxo 1164 e através das entradas de combustível de reformador 1162. A parte da corrente de combustível de reformador 124 flui através dos canais independentes 1165 e entra na câmara de combustão 851 através das saídas de combustível de reformador 1163 e o combustível é cataliticamente comburado na presença da corrente de ar de reformador 126 para reaquecer a corrente de ar de reformador 126 para o próximo estágio de reforma. Dessa maneira, a corrente de reformador 811 e a corrente de ar de reformador 126 são submetidas a múltiplos estágios de permuta de calor, reforma e combustão até que a corrente de reformador 811 deixe o PCR como corrente de syngas 180 e a corrente de ar de reformador 126 deixe o reformador como a corrente de gás de combustão 160.
Uma vista superior da versão PCR 900 ou pré-reformador 800 e uma vista superior da versão do PCR 1300 do reformador 820 são ilustradas nas figuras 13a-b. Como ilustrado, cada uma das câmaras de pré-reforma ou leitos de pré-reforma 1310, 1320, 1330 e câmaras ou leitos de reforma 1340 são ilustrados empacotados com catalisador de reforma. De forma similar, cada uma das câmaras de combustão 1350 é ilustrada empacotada com catalisador. Nessa versão do PCR 1300, as placas superiores 1360 também incluem as penetrações de suprimento de combustível 1362 que ajudam a formar as câmaras de suprimento de combustível 1364. De acordo, nessa modalidade do PCR 1300, o acesso a cada uma das câmaras pode ser obtido através das placas superiores 1360.
Os vários PCHE e PCR descritos aqui podem compreender placas que incluem canais de fluxo independentes para as várias correntes. As placas para cada um dos PCHE e PCR podem, independentemente para cada placa ou canal de fluxo, possuir as dimensões descritas na Tabela 1: Tabela 1: Espessuras de Placa PCHE e PCR e Dimensões de Canal de Fluxo Ilustrativas.
Em uma modalidade, para a reforma de 2 SCMH de gás natural utilizando off-gas PSA como combustível, a operação eficiente do módulo reformador 150 enquanto permanece dentro das temperaturas de material pode ter os perfis de temperatura para reforma e combustão que parecem similares às ilustradas na figura 14. Apesar de não representar os dados reais, a figura 14 ilustra um gráfico 1400 de uma tendência desejada no perfil de temperatura da corrente de reformador 811 e a corrente de ar de reformador 126 à medida que prosseguem através dos 14 estágios da reforma (com a última câmara ou leito de reforma e câmara de combustão omitidas) com o controle passivo do suprimento de combustível para cada estágio da combustão de forma que a quantidade de combustível suprida diminua de estágio para estágio. Como ilustrado, acredita-se que a temperatura da corrente do reformador 811 à medida que é reformada em cada uma das câmaras de reforma ou leitos 841, 842, 843, etc. de um reformador de 14 estágios deve parecer similar à ilustrada pela linha 1401 e a temperatura da corrente de ar de reformador 126 deve parecer, à medida que é aquecida e permuta calor com a corrente de reformador 811, como ilustrado pela linha 1410. Como ilustrado, a diferença de temperatura media entre a corrente de reformador 811 e a corrente de ar de reformador 126 para cada estágio deve reduzir de estágio para estágio e a temperatura da corrente de reformador 811 deve subir de estágio para estágio. Preferivelmente, a elevação na temperatura da corrente de reformador 811 deve ser precedida por um aumento na pressão parcial do hidrogênio na corrente de reformador 811 como resultado da reforma. Pela elevação na temperatura com uma elevação no teor de hidrogênio na corrente de reformador 811, as condições de formação de pó de metal e coque devem ser reduzidas ou evitadas. Como resultado do aumento da temperatura de corrente de reformador de estágio para estágio, as exigências de combustível para cada estágio sucessivo dessa modalidade devem ser reduzidas entre os estágios à medida que a carga de calor necessária para reaquecer a corrente de reformador 811 e par reaquecer a corrente de ar de reformador 126 deve ser reduzida de estágio para estágio. Preferivelmente, como ilustrado na figura 14, a temperatura da corrente de reformador e a corrente de ar de reformador convergirá para um assíntota um pouco acima de 800 °C.
Em algumas modalidades, o suprimento de combustível e/ou ar para cada um dos estágios de reforma pode ser passivamente controlado pelo controle da pressão e as quedas de pressão nas correntes de ar e combustível por todo o sistema de reformador 100. Pelo controle passivo do suprimento de combustível para cada um dos estágios, a quantidade de calor gerada pela combustão do combustível é controlada, controlando, assim, a quantidade de calor fornecida para a corrente de ar de reformador 126 e, por fim, a corrente de reformador 811 e câmaras ou leitos de reforma associados. A pressão do combustível na entrada em uma determinada linha e a queda de pressão através do comprimento da linha determinam o volume de combustível que é distribuído através dessa linha por tempo unitário. A queda de pressão pode ser ajustada em uma linha de combustível determinada, por exemplo, pela variação do comprimento da linha de combustível, variação da sinuosidade do percurso de fluxo, isto é, o número e seriedade das voltas na linha de combustível, variação do número de linhas de combustível e/ou variação da área transversal da linha de combustível. A alteração de uma ou algumas dessas características de linha de combustível ajusta, dessa forma, a quantidade de "resistência" encontrada pelo fluxo de combustível em uma determinada linha de combustível em rota para uma câmara de combustão, e pode, dessa forma, controlar passivamente a quantidade de combustível fornecida por tempo unitário. A eficiência do processo de reforma depende de temperatura visto que a conversão de metano alcançada depende da temperatura máxima alcançada. É desejável também se limitar a temperatura superior do metal que forma a estrutura física do reformador. Portanto, pelo controle da quantidade de combustível alimentada para cada câmara de combustão sucessiva pela configuração das linhas de combustível especificamente para cada estágio de reforma, as temperaturas do metal podem ser controladas enquanto se fornece aumentos estágio por estágio na temperatura de reforma, aumentando, assim, a eficiência do sistema de reformador como um todo 100. É preferível que o controle fornecido pela sintonia das configurações de linha de combustível seja passivo. Em outras palavras, as configurações de linha de combustível propriamente ditas fornecem o controle sem a necessidade de mecanismos de controle afirmativos. Para essa finalidade, é preferível que as linhas de combustível sejam configuradas especificamente para os parâmetros de um sistema em particular. Por exemplo, na versão PCR do reformador 820 descrito com relação às figuras 11 a-f, cada canal independente 1165 que alimenta o combustível para uma câmara de combustão pode ser gravado independentemente ou de outra maneira formado de acordo com uma configuração de linha de combustível desejada para esse canal para fornecer uma resistência desejada. Depois que o sistema é fabricado com as linhas de combustível configuradas dessa forma, mecanismos de controle ativos adicionais são preferivelmente desnecessários. Pelo fornecimento de tal controle passivo, o sistema reformador 100 pode ser mais simples e menor visto que o uso de medição de fluxo ativo e dispositivos de controle é limitado ou evitado resultando em benefícios de custo e desenho e razões de deslizamento flexíveis.
Em algumas modalidades, para se reduzir o número de parâmetros que podem ser necessários para se chegar à resistência adequada por cada canal independente 1165, e para facilitar a fabricação dos canais, é preferível que canais independentes 1165 alimentando as câmaras de combustão respectivas possuam, cada um, a mesma dimensão transversal. É preferível também que todos os canais independentes 1165 sejam configurados para o fluxo laminar de forma que a queda de pressão seja uma função direta do fluxo para todos os canais. Como tal, devido à variação linear no fluxo com relação à queda de pressão, as razões de fluxo de combustível e fluxo de ar em cada estágio de combustão pode permanecer relativamente constante mesmo durante uma redução significativa do sistema reformador 100. A distribuição de ar e combustível para as câmaras de combustão, tal como a câmara de combustão 821 é equilibrada pelo desenho das placas 1141 e 1161. Ademais, a pressão do arque chega através das linhas de ar 1145 e a pressão do combustível que chega através dos canais independentes 1165 são combinadas ou se ajustam automaticamente para combinar na câmara de combustão para produzir a quantidade desejada de combustão para essa câmara em particular. Esse equilíbrio de pressões, por sua vez, fornece a quantidade adequada de calor para os reagentes de reforma à medida que entram na câmara ou leito de reforma associado. É preferível que as quedas de pressão em cada linha sejam estabelecidas de forma que a pressão de combustível geral esteja um pouco acima da pressão atmosférica. No entanto, outras quedas de pressão podem ser estabelecidas e estão dentro do escopo de algumas modalidades. A figura 15 é um diagrama das resistências de fluxo dentro das linhas de ar e combustível que suprem uma modalidade do módulo reformador. As resistências de fluxo dentro dessa rede como ilustrado na figura 15 são preferivelmente sintonizadas de forma que a quantidade de combustível distribuída para cada estágio de combustão através das correntes de combustível de estágio de reforma sucessivas 861, 862, 863, etc., diminua através do comprimento do reformador a despeito do fato de a queda de pressão que aciona o fluxo de combustível aumentar Essa redução através do comprimento do reformador resulta na redução da reforma que ocorre em cada estágio de reforma sucessivo e o aumento na temperatura da corrente de reforma em cada estágio de reforma sucessivo. A figura 15 ilustra a resistência a fluxo nas linhas de ar e combustível associadas com os componentes individuais através dos quais as linhas de combustível fluem e é discutido com referência às correntes e componentes descritos com relação à figura 1. Como ilustrado, a corrente de alimentação de ar 106 é dividida em corrente de alimentação de ar 107 e corrente de ar de combustão 114. A corrente de ar de combustão 114 sofre resistência a fluxo 1515 associada com a válvula 115a, antes de prosseguir para dentro do permutador de calor de recuperação de calor de syngas 110, onde sofre resistência a fluxo 1511 e deixa o permutador de calor de recuperação de calor de syngas 110 como corrente de ar de combustão 1514. De forma similar, a corrente de alimentação de ar 107 e a corrente de alimentação de combustível 105 prosseguem para den- tro do permutador de calor de recuperação de calor de syngas 110 onde sofrem resistências a fluxo 1512 e 1510, respectiva mente.
Depois de deixar o permutador de calor de recuperação de calor de syngas 110, a corrente de ar de combustão 1514 e a corrente de alimentação de combustível 105 são combinadas para formar a corrente de mistura de combustível e ar 118. Uma parte passivamente controlada da corrente de mistura de combustível e ar 118 correspondente à mistura preaquecida de ar 117 sofre resistência 1520 à medida que é dividida da mistura de combustível e ar 118 para ser comburada na presença da corrente de alimentação de ar 1508 no preaquecedor de ar 122. A parte restante da mistura de combustível e ar 118, mistura preaquecida de combustível 119, é parcialmente comburada cataliticamente no preaquecedor de combustível 120, onde sofre resistência a fluxo 1530 e se torna a corrente de combustível de reformador 124. No preaquecedor de ar 122, a corrente de alimentação de ar 107 é a-quecída pela combustão catalítica do combustível na mistura preaquecida de ar 117, sofre resistência a fluxo 1522 e então sofre resistência a fluxo 1525 à medida que entra no módulo reformador 150 e se torna a corrente de ar de reforma 126. A resistência a fluxo 1525 é associada com uma resistência a fluxo não negligenciável que se encontra fisicamente depois do preaquecedor de ar 122 na entrada para o bloco reformador.
Nesse ponto na figura 15, a corrente de combustível de reformador 124 e a corrente de ar de reformador 126 entram no reformador 820. Como ilustrado, a corrente de ar de reformador 126 sofre resistência 1540 no permutador de calor 831 no primeiro estágio da reforma no reformador 820 se tornando a corrente de ar do reformador 1550. Depois de deixar o permutador de calor 831, a corrente de ar do reformador 1550 é unida a uma parte passivamente controlada da corrente de combustível de reformador 124, tal como a corrente de combustível de estágio de reforma 861, e o combustível é subsequentemente queimado na câmara de combustão 851 para reaquecer a corrente de ar de reformador 1550. A parte passivamente controlada da corrente de combustível de reformador 124 sofre resistência a fluxo 1560 antes de se unir à corrente de ar de reformador 1550 como resul- tado do controle de fluxo. A corrente de ar de reformador 1550 sofre resistência a fluxo 1541 no permutador de calor 832 no próximo estágio de reforma, deixa o permutador de calor 832 como corrente de ar de reformador 1551 e é combinada com uma parte controlada passivamente da corrente de combustível de reformador 124, tal como a corrente de combustível de estágio de reforma 862, que sofre a resistência a fluxo 1561 antes de combinar com a corrente de ar de reformador 1551. A corrente de ar de reformador 1551 é então reaquecida na câmara de combustão 852 e sofre resistência a fluxo 1542 no permutador de calor 833 no próximo estágio de reforma se tornando a corrente de ar de reformador 1552. Depois de deixar o permutador de calor 833, a corrente de ar de reformador 1552 é combinada com uma parte controlada passivamente da corrente de combustível de reformador 124, tal como a corrente de combustível de estágio de reforma 863, que sofre resistência a fluxo 1562 antes de combinar com a corrente de ar de reformador 1552, e é reaquecida pela combustão do combustível na câmara de combustão 853.
Dessa forma, a rede de resistência a fluxo para as correntes de ar e combustível opera através de qualquer número adequado de estágios representados por 880 na figura 8 e sofre as resistências a fluxo representadas por parênteses 1570 e 1571 na figura 15. Pouco antes do último estágio de reforma, a corrente de ar de reformador 1553 é combinada com uma parte controlada passivamente da corrente de combustível de reformador 124, tal como a corrente de combustível de estágio de reforma 865, que sofre resistência a fluxo 1565 antes de combinar com a corrente de ar de reformador 1553, e é reaquecida pela combustão do combustível na câmara de combustão 855. Depois de ser reaquecida, a corrente de ar de reformador 1552 permuta calor uma última vez com a corrente de reformador antes de deixar o reformador 820 como gás de combustão 160.
No reformador da figura 15, existem duas rotas para qualquer ponto nas quais o combustível e o ar podem se misturar, e durante a operação do equipamento, os fluxos que descem pelas ramificações se ajustam automaticamente de forma que as pressões nos pontos de mistura combi- nem. Dessa forma, em algumas modalidades as restrições a seguir podem ser colocadas nas pressões de desenho e quedas de pressão dos componentes na rede de resistência a fluxo de ar e combustível ilustrada na figura 15 (Px indica a pressão na linha x, enquanto ΔΡχ indica a queda de pressão devido à resistência da referência numérica x ilustrada na figura 15; P105 (quente) é a pressão na corrente 105 depois de sofrer resistência 1510 no permutador de calor de recuperação de calor de syngas 110 e P105 (frio) é a pressão na corrente 105 antes de entrar no permutador de calor de recuperação de calor de syngas 110): PpREVIOUS STAGE”ΔΡηεΑΤ exchanger previous stage Em uma modalidade para a reforma de 2 SCMH de gás natural utilizando off-gas PSA como combustível, uma solução adequada para as quedas de pressão satisfazendo as restrições acima em um reformador PCR compreendendo 14 estágios de reforma é ilustrada na Tabela 2 abaixo utilizando as referências numéricas utilizadas nas figuras 1 e 8 para identificar os componentes ou correntes dentro das quais a queda de pressão ocorre onde adequado. Note-se que para s estágios de reforma representados por parênteses 836 e 826 na figura 8, os estágios de combustão/permutador de calor relevantes ou correntes de combustível de estágio de reforma são identificados pelas referências numéricas 836(x) e 826(x), respectivamente, onde x é uma letra do alfabeto começando com "a" e prosseguindo pelo alfabeto para cada estágio sucessivo de reforma. Dessa forma, para o primeiro estágio de reforma representado pelos parênteses 836 e 826, a corrente de ar de reformador é representeada por 836(a) e o suprimento de combustível de estágio de reforma é representado por 826(a) e assim por diante.
Tabela 2: Exemplos de Quedas de Pressão Adequadas nas Correntes de Combustível e Ar em uma Modalidade do Sistema de Reforma Em uma modalidade para a reforma de 2 SCMH de gás natural utilizando off-gas PSA como combustível compreendendo 14 estágios de reforma e começando com o combustível na linha 117 enviado para a câmara de combustão 122 para a corrente de ar de reformador 126 e prosseguindo através de cada uma das correntes de combustível de estágio de reforma sucessivas 861, 862, 863, a proporção da corrente de combustível 118 enviada para dentro de cada linha pode ser como indicado na Tabela 3 abaixo. Note-se que para os estágios na figura 8, representados por parênteses 826, as referências numéricas utilizadas são 826(x) onde x é uma letra do alfabeto começando com "a" e descendo o alfabeto para cada estágio de reforma sucessivo.
Tabela 3: Exemplo de Distribuição de Combustível em um Reformador de 14 Estágios Preferivelmente, um alto grau de precisão não é exigido na taxa de distribuição de combustível em algumas modalidades do reformador, mas em algumas modalidades, a taxa de adição de combustível a cada estágio geralmente cai, à medida que a temperatura do reformador aumenta, a fim de manter as temperaturas de reforma baixas, mas próximas à temperatura de desenho de material para o equipamento. Em algumas modalidades, a temperatura de desenho pode ser da ordem de 802 °C ou mais. Temperaturas mais altas podem favorecer a conversão de metano dentro do reformador, mas também podem criar condições operacionais mais severas para os materiais de construção. Visto que os coeficientes de transferência de calor dos gases no lado de reforma são consideravelmente mais altos do que os do lado de combustão, a temperatura geral dos materiais de construção tente a permanecer perto da temperatura de gás de reforma e, dessa forma, em algumas modalidades, as temperaturas de gás de combustão podem exceder a temperatura de desenho de material. A fim de se alcançar as misturas de combustível e ar por todo o reformador que alcançarão os perfis de temperatura desejados, os componentes de combustão e permuta de calor são preferivelmente projetados para corresponder às suas funções primárias enquanto se garante que as quedas de pressão associadas com cada uma correspondam às necessárias para a mistura segura de combustível e ar. Preferivelmente, as quedas de pressão para as correntes de ar e combustível através do reformador 820 são baixas, tal como inferiores a 50 kPa, inferiores a 30 kPa, inferiores a 25 kPa, inferiores a 20 kPa, inferiores a 17,73 kPa, inferiores a 15 kPa, inferiores a 12,66 kPa ou inferiores a 10 kPa ou da ordem de 10 kPa ou menos no total para evitar as ineficiências associadas com o grande consumo de energia de ventilador. Adicionalmente, a corrente de alimentação de combustível de entrada 104 também pode ser sensível à queda de pressão. Por exemplo, onde a corrente de alimentação de combustível 104 é off-gas de um sistema PSA uma queda de pressão de combustível alta, exigindo alta pressão de entrada de combustível, pode reduzir a eficiência do sistema PSA.
Em algumas modalidades, é desejável que a distribuição de fluxo selecionada e as configurações de placa correspondentes sejam adequadas para uma grande faixa de condições de redução. Isso pode ser realizado pelo desenho de placas de reformador relevantes, permutadores de calor e câmaras de combustão e os percursos de fluxo relevantes para as correntes de combustível e ar de forma que a queda de pressão seja essencialmente proporcional às taxas de fluxo (isso é, que o fluxo seja essencialmente laminar; em passagens retas, o fluxo seja essencialmente laminar quando o Número Reynolds é inferior a 2000). Pela manutenção do fluxo laminar, a distribuição segura de combustível pode ser mantida em condições de redução muito baixas, como ilustrado na Tabela 4 abaixo de 10% da capacidade de operação de uma modalidade de reforma de 2 SCMH de gás natural utilizando off-gas PSA como um combustível compreendendo 14 estágios de reforma quando comparado com a capacidade do desenho. Os dados na Tabela 4 consideram que o fluxo de ar varia de forma proporcional à capacidade, mas que nenhum controle adicional do sistema de combustível e ar é necessário.
Tabela 4: Comparação do Fluxo de Combustível entre a Capacidade de Desenho e Redução para 10% da Capacidade.
Nas modalidades PCR do reformador 820, o desenho de reformador pode ser um equilíbrio de quatro vias entre a queda de pressão de ar na placa de ar do reformador 1141, a queda de pressão de combustível na placa de combustível do reformador 1161, o calor necessário pela reação de reforma endotérmica nas câmaras ou leitos de reforma e limitação da temperatura máxima produzida nas câmaras de combustão para temperaturas adequadas para os materiais da construção. Para simplificar as exigências de sistema circundantes, a placa de combustível de reformador 1161 e a placa de ar de reformador 1141 são preferivelmente configuradas para fornecer uma queda de pressão reduzida ou mínima. Como mencionado acima, o ar e combustível são preferivelmente distribuídos par as câmaras de combustão ligeiramente acima da pressão atmosférica, preferivelmente eliminando a necessidade de compressão de combustível para realizar a combinação das quatro variáveis e dessa forma evitando o custo adicional associado, complexidade e falta de confiabilidade.
Em algumas modalidades, portanto, o desenho dos canais inde- pendentes 1165 pode controlara quantidade de combustível sendo distribuída para dentro de cada uma das câmaras de combustão respectivas com apenas uma variável externa em termos de suprimento de combustível precisando ser controlada, e que é a pressão do combustível à medida que está sendo fornecido para a tubulação de combustível que alimenta cada um dos percursos ou câmaras de acesso a fluxo de suprimento de combustível formados a partir das penetrações de suprimento de combustível. A pressão de combustível é preferivelmente controlada para manter a temperatura de corrente de ar de reformador em um nível para limitar a temperatura de reformador geral máxima enquanto supre o calor necessário pela reação de reforma endotérmica. A necessidade de compressão do combustível é preferivelmente eliminada pela designação de todos os canais independentes 1165 para a queda de pressão mínima. O sistema de distribuição de combustível descrito acima fornece vários benefícios sobre a técnica anterior. Por exemplo, a adição dosada de combustível a cada estágio limita preferivelmente o calor que pode ser adicionado a cada estágio facilitando, assim, a eliminação do equilíbrio de combustão, transferência de calor e reação de reforma tanto radial quanto axial-mente que deve ser alcançado nos reformadores tubulares. Adicionalmente, os permutadores de calor interestágios possuem construção de microestru-tura (PCHE), que suporta maiores coeficientes de transferência de calor, minimiza o tamanho do equipamento e a utilização de liga alta reduzindo, assim, os custos, e pode ser configurado com uma grande área de face e um percurso de fluxo curto para quedas de pressão baixas. Em adição os permutadores de calor são prontamente caracterizados pela análise de engenharia sem a necessidade de testes de produto caros em escala total para validar o desempenho.
Em uma modalidade preferida, uma disposição de fluxo cruzado é utilizada para o aspecto de permuta de calor do reformador 820 e uma disposição de fluxo simultâneo pode ser utilizada para o aspecto de reforma do reformador 820. O uso de uma disposição de fluxo cruzado no aspecto de permuta de calor pode permitir que uma maior proporção da área de placa PCR seja devotada às tarefas de permuta de calor com relação ao que pode ser alcançado com as disposições de fluxo simultâneo ou fluxo contrário, incluindo as que empregam passagens múltiplas. Para essa finalidade, o componente de permutador de calor de fluxo cruzado do reformador 820 pode ser acoplado com o componente de câmara ou leito de reforma de fluxo simultâneo para produzir perfis de temperatura satisfatórios para a corrente de reformador à medida que percorre de uma câmara ou leito de reforma para outro dentro da série de estágios de reforma.
Um problema em potencial com essa configuração de fluxo cruzado se refere à possível variação de temperatura na saída do permutador de calor de cada estágio visto que uma variação significativa na temperatura de saída do permutador de calor resultaria em uma ampla variação nas características de reação na câmara de reformador a jusante associada e catalisador. Estudos de simulação do oitavo estágio de permuta de calor de uma modalidade para reforma de 2 SCMH de gás natural utilizando off-gas PSA como um combustível compreendendo 14 estágios de reforma, sem considerar a condução de calor de parede e considerando que o fluido entre no permutador de calor a uma temperatura uniforme de cerca de 730 °C mostrou que o fluido saiu do permutador de calor a uma faixa de temperatura de cerca de 765 a 825 °C como ilustrado na figura 17. Tal ampla variação de temperatura de saída de permutador de calor pode resultar em uma ampla variação nas características de reação de reforma. No entanto, quando o efeito de condução de calor de parede foi incluído, a faixa de temperatura de saída de permutador de calor para o oitavo estágio de permuta de calor foi significativamente menor, como ilustrado na figura 18, por exemplo, da ordem de cerca de 15 °C, ou de cerca de 780 °C a cerca de 795 °C. Em ambas as figuras 17 e 18, com a temperatura ao longo do eixo geométrico z, os eixos geométricos x e y representam as dimensões do permutador de calor de fluxo cruzado com a corrente de ar de reformador fluindo ao longo do eixo geométrico mais curto a partir do lado superior direito para o lado inferior esquerdo e a corrente de reformador fluindo ao longo do eixo geométrico mais longo a partir do lado inferior direito para o lado superior esquerdo no fluxo cruzado com relação à corrente de ar de reformador. A faixa estreita de temperatura de saída pode resultar do fato de as paredes do permutador de calor em algumas modalidades serem preferivelmente mais espessas do que as dos permutadores de calor de aletas típicos. Como tal, acredita-se que exista uma condução no sentido do comprimento ao longo da parede que serve para reduzir a faixa de temperaturas de saída. Dessa forma, é preferível se utilizar um contato de fluxo cruzado simples nos permutadores de calor que permita uma maior utilização das placas para permuta de calor.
Em outras modalidades de alguns PCRs, a corrente de ar de reformador e a corrente de reformador podem geralmente ser configuradas em uma disposição de fluxo contrário, mas podem empregar um número de passagens de fluxo cruzado para alcançar o efeito de fluxo contrário. Nessa situação, para se alcançar o efeito de fluxo contrário, uma quantidade de área de placa pode ser inativa para a transferência de calor. Para essa finalidade, o gás de reforma pode ser levado de cada leito de reforma até a borda distante do permutador de calor interestágio antes de entrar no permutador de calor, e então é levado da extremidade próxima do permutador de calor até o leito de reforma sucessivo. No entanto, as áreas consumidas em levar a corrente de reformador entre as extremidades distantes e próximas do permutador de calor para e dos leitos de reforma podem ser ineficientes para a permuta de calor, e podem, dessa forma, comprometer a eficiência da utilização do material de placa do reformador. Além disso, a passagem múltipla da corrente de reformador em cada estágio pode limitar a largura de cada elemento de placa, se a queda de pressão não se tornar muito excessiva, e, dessa forma, compor a perda da eficiência da utilização do material de reformador à medida que a proporção da área de placa que é ineficiente para a permuta de calor é mantida alta. De acordo, apesar de ser trabalhá-vel, tal configuração não é a configuração preferida. O uso de permuta de calor de fluxo cruzado evita, preferivelmente, a necessidade de se levar a corrente de reformador de uma extremidade o permutador de calor para a outra que existe para alcançar as característi- cas de permuta de calor de fluxo contrário. Como tal, o uso de fluxo cruzado geralmente reduz a quantidade de área de placa necessária para a permuta de calor. Adicionalmente, pela redução do número de passagens, a queda de pressão através dos permutadores de calor é reduzida o que, por sua vez, reduz o número de canais necessários. A disposição de fluxo cruzado também permite preferivelmente o uso de elementos de placa mais largos sem a geração de queda de pressão indevida no lado de reforma, tal como as placas ilustradas na figura 16 descrita abaixo.
Acredita-se que o uso de uma configuração de fluxo simultâneo geral para o aspecto de reforma do processo reduza as exigências de controle de temperatura do reformador visto que à medida que as correntes de ar de reforma e de reformador fluem na mesma direção através do comprimento da configuração de fluxo simultâneo, suas temperaturas tendem a convergir. Dessa forma, o controle da temperatura de saída de uma das correntes resulta na temperatura de saída de ambas as correntes sendo controlada. A figura 19 ilustra as curvas de entalpia quente e fria compostas para uma modalidade do sistema de reformador. A curva 1910 representa a curva de calor composta para as correntes quentes do processo, isto é, essas correntes que são resfriadas nos permutadores de calor, e a curva 1920 é a curva composta para as correntes frias do processo. A abordagem vertical mais próxima das curvas é de aproximadamente 34 °C e pode ser referida como "estreitamento" de temperatura. Visto que o calor não pode fluir das correntes fria para quente (2a. Lei de Termodinâmica), a maior eficiência de recuperação de calor possível ocorre para um estreitamento de zero. Dessa forma, quanto menor o estreitamento, maior a eficiência geral de recuperação de calor. A esse respeito, um estreitamento de 34 °C é bem pequeno, especialmente considerando-se o fato de uma das correntes envolvidas na transferência de calor ser de ar de baixa pressão ou gás de combustão possuindo baixas características de transferência de calor. Note-se que em adição à eficiência de recuperação de calor a razão de vapor e a conversão de metano também suportam a eficiência geral do processo, como refletido na fórmula descrita aqui. De forma ideal, para se evitar a perda de eficiência, o calor não deve ser transferido através do estreitamento (a partir de acima do estreitamento para abaixo do estreitamento) em qualquer permutador de calor. Algumas modalidades do processo ou aparelho limitam essa ocorrência pelos esquemas de processo, apesar de em algumas modalidades, essa transferência não ocorrer a um grau menor no permutador de calor 164.
Deve-se notar que a modalidade de quatorze estágio do reformador 820 descrita acima com relação às figuras 11 e 12 é apenas um exemplo e não deve limitar as modalidades do reformador. Nem é necessário que o número de estágios de reforma e combustão seja igual. De fato, diferentes tamanhos de placa, configurações e/ou o uso de qualquer número adequado de placas e câmaras de reforma e combustão de forma que o reformador 820 possa ser escalonado para cima ou para baixo para corresponder às exigências de processo são especificamente contemplados. Na verdade, o desenho de reformador de circuito impresso de algumas modalidades do reformador 820 permite que o reformador 820 seja prontamente escalonado para cima e para baixo sem custo significativo associado com o escalonamento para cima ou para baixo de um reformador tubular típico. Por exemplo, onde uma maior capacidade de reforma é necessária, o tamanho do reformador 820 pode ser aumentado pela adição de mais placas ou células à pilha.
Como outro exemplo para se aumentar a capacidade, as placas podem ser aumentadas de tamanho como ilustrado na figura 16 pela expansão das placas em uma direção lateral ao invés de aumentar o número de placas na pilha. Como ilustrado na figura 16, as placas de limite 1601, as placas de reformador 1621, as placas de ar de reforma 1641 e as placas de combustível de reformador 1661 podem ser configuradas essencialmente como uma combinação de imagem espelhada lateralmente de duas das placas correspondentes discutidas previamente com relação às figuras 11a-d. Como ilustrado, cada placa possui dois percurso de fluxo independentes 1604 e 1608, 1624 e 1628, 1644 e 1648 e 1664 e 1668, respectivamente, que compartilham um conjunto central de penetrações de câmara ou leito de reforma e penetrações de câmara de suprimento de combustível 1615 e 1616, 1635 e 1636, 1655 e 1656 e 1675 e 1676, respectívamente. Visto que as câmaras formadas a partir do conjunto central de penetrações são compartilhadas, as mesmas e as penetrações que formam as mesmas são correspondentemente maiores do que as câmaras formadas a partir de penetrações de câmara ou leito de reforma independentes externas e as penetrações de câmara de suprimento de combustível 1612 e 1613, 1632 e 1633, 1652 e 1653 e 1672 e 1673, que podem geralmente corresponder às penetrações de câmara ou leito de reforma e de câmara de suprimento de combustível discutidas acima com relação às figuras 11 a-11 d. Cada uma das placas também inclui dois conjuntos de penetrações de câmara de combustão 1614 e 1618, 1634 e 1638, 1654 e 1658 e 1674 e 1678 respectivamente que podem corresponder geralmente às penetrações de câmara de combustão discutidas acima com relação às figuras 11 a-11 d.
Deve-se compreender também que as placas de um PCR correspondentes ao reformador 820 também podem ser alongadas ou encurtadas para incluir mais ou menos estágios de reforma. Adicionalmente, deve-se compreender que modificações similares tais como as descritas acima podem ser feitas no pré-reformador e qualquer um dos permutadores de calor descritos aqui que possuem a construção PCHE.
Em algumas modalidades, as temperaturas e pressões de algumas das várias correntes são interrelacionadas e podem ter as propriedades como ilustrado nas tabelas 5-8 a seguir com referência à configuração para o sistema de reforma ilustrado na figura 1 e na figura 8, com a corrente de ar de combustão 114 combinando com a corrente de alimentação de combustível 105 dentro do permutador de calor de recuperação de calor de syngas 110. Em alguns casos os valores são apresentados com relação a outros valores nas Tabelas, tal como, por exemplo, "com relação à pressão de reforma", "com relação à temperatura de reforma", "com relação à pressão atmosférica", ou "com relação à temperatura de vapor saturada", caso no qual os valores apresentados podem estar acima ou abaixo ("+ xxx"/"- yyy") ou um múltiplo ("vezes") da propriedade identificada, ilustrando a interrela- ção das propriedades. Adicionalmente, em alguns casos, os valores apresentados podem se referir a um parâmetro físico específico tal como "acima do ponto de orvalho" ou "acima do ponto de congelamento", caso no qual, a corrente identificada deve corresponder às exigências com base no parâmetro físico identificado da corrente. "Pressão de reforma" ou "temperatura de reforma" nas tabelas se refere às propriedades associadas com a corrente de syngas 180. Deve-se compreender que os valores apresentados são apresentados por meio de exemplo apenas e que configurações diferentes do sistema de reforma podem ser utilizadas e podem ter condições diferentes em uma ou mais das correntes relevantes.
Tabela 5: Propriedades de Temperatura e Pressão de Algumas Correntes de Processo de uma Modalidade de Acordo com a Figura 1 Tabela 6: Propriedades de Temperatura e Pressão das Mesmas Correntes de Processo de uma Modalidade de acordo com a Figura 1 Tabela 7: Propriedades de Temperatura e Pressão de Algumas Correntes de Processo de uma Modalidade de acordo com a Figura 1 Tabela 8: Propriedades de Temperatura e Pressão de Algumas Correntes de Processo de uma Modalidade de acordo com a Figura 1.
As figuras 20 e 21 ilustram vistas em perspectiva dianteira e traseira de uma configuração parcial de uma modalidade de um sistema reformador 700. As figuras foram simplificadas pela remoção das partes da tubulação. A modalidade ilustrada corresponde a um sistema possuindo o esquema da figura 7. Como tal, apenas a corrente de alimentação de ar 107, a corrente de ar de combustão 114, a corrente de combustível 104, a corrente de hidrocarbono gasoso 102 entram no permutador de calor de recuperação de calor de syngas 110 e corrente de água 108 entra no permutador de calor 109, que é parte do permutador de calor de recuperação de calor de syngas 110, para permutar o calor com a corrente de syngas 190 deixando o reator de mudança de água e gás 186. Dentre as correntes ou tubulação não ilustradas encontra-se a divisão da mistura de combustível e ar deixando o permutador de calor de recuperação de calor de syngas 110 para alimentar o combustível e ar para a corrente de ar que deixa o permutador de calor de recuperação de calor de syngas 110, antes de as correntes entrarem nos preaquecedores 120 e 122 à medida que isso ocorre dentro do cabeçote 2010 que supre o preaquecedor 120 com relação ao cabeçote 2015 para o preaquecedor 122. Depois de ser preaquecido no preaquecedor 120, o combustível deixa o preaquecedor como a corrente de combustível de reformador e entra em um cabeçote de suprimento de combustível 202 que abrange o comprimento do reformador 820 e fornece o suprimento de combustível para cada um dos percurso ou câmaras de acesso de fluxo de suprimento de combustível individual na pilha de reformador. Dessa forma, o combustível pode ser suprido para cada um dos estágios de reformador em paralelo e o suprimento pode ser controlado passivamente pelas configurações das correntes de suprimento de combustível individuais que conectam a cada câmara de combustão no reformador. Visto que essa modalidade corresponde a uma modalidade de acordo com a figura 7, a corrente de água 108 recebe calor diretamente da corrente de gás de combustão 160 à medida que sai do pré-reformador 800 sem qualquer preaquecimento da corrente de gás de combustão. Depois de deixar o permutador de calor 164, a corrente de água 108 prossegue para resfriar o permutador de calor 165, onde recebe calor de uma parte da corrente de syngas 180 depois de ser dividida logo depois de deixar o reformador 820. Como ilustrado nas figuras 20 e 21, o pré-reformador 800 e o reformador 820 compreendem, cada um, PCRs que são empilhados e placas unidas por difusão como descrito com relação à figura 9 e à figura 11, respectivamente, e então colocados em seus lados.
Além disso nas figuras 20 e 21 é ilustrado o cabeçote de vapor de hidrocarbono gasoso 2102 que alimenta a corrente de vapor de hidrocar-bono gasoso 174 para os canais de vapor de hidrocarbono gasoso nas placas de vapor de hidrocarbono gasoso do reformador 800 e cabeçote de corrente de reformador 2104 que coleta a corrente de reformador 811 à medida que deixa o pré-reformador 800 através dos canais de corrente de reformador. A partir do cabeçote 2104, a corrente de reformador 811 conecta ao cabeçote de corrente de reformador 2110 que alimenta os canais de entrada de corrente de reformador das placas de limite e placas de reformador que são incluídas no reformador 820. As figuras 20 e 21 também incluem o cabeçote de corrente de syngas 2106 que coleta as correntes reformadas deixando as placas de limite e as placas de reformador do reformador 820 através dos canais de saída de corrente de reformador para formar a corrente de syngas 180. Na figura 21, a câmara de combustão e a câmara de reforma criadas pelo empilhamento das placas são ilustradas sem tampa com as tampas de penetração 2108, que podem ser conectadas, tal como por solda ou de outra forma conectadas sobre a câmara de combustão e as penetrações de câmara de reforma na placa de extremidade do reformador 820.
Todas as publicações e pedidos de patente mencionados nessa especificação são incorporados aqui por referência como se cada publicação ou pedido de patente individual tivesse sido especificamente e individualmente indicado como sendo incorporado por referência.
Enquanto as modalidades preferidas da presente invenção foram ilustradas e descritas aqui, será óbvio aos versados na técnica que tais modalidades são fornecidas por meio de exemplo apenas. Pretende-se que as reivindicações a seguir definam as modalidades do escopo da invenção e que os métodos e estruturas dentro do escopo dessas reivindicações e suas equivalências sejam cobertos pelas mesmas.
REIVINDICAÇÕES

Claims (27)

1. Processo de reforma de vapor gasoso de hidrocarbono, compreendendo: a combustão parcial de combustível em uma primeira corrente de mistura de combustível e ar para aquecer a corrente de mistura de combustível e ar par uso durante a reforma de uma corrente de vapor gasoso de hidrocarbono; a combustão de uma segunda corrente de mistura de combustível e ar para aquecer uma corrente de ar para uso durante a reforma da corrente gasosa de vapor de hidrocarbono; e a reforma da corrente gasosa de vapor de hidrocarbono para formar uma corrente syngas e uma corrente de gás de combustão.
2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, compreendendo adicionalmente: a redução de pó de metal e/ou coque durante a etapa de reforma pelo aquecimento e pré-reforma da corrente gasosa de vapor de hidrocarbono em múltiplos estágios de pré-reforma antes da reforma da corrente gasosa de vapor de hidrocarbono.
3. Processo, de acordo com a reivindicação 2, em que o aquecimento compreende a recuperação de calor da corrente de gás de combustão em uma corrente gasosa de vapor de hidrocarbono em um permutador de calor.
4. Processo, de acordo com a reivindicação 1, em que a dita reforma compreende pelo menos três estágios de: i) aquecimento da corrente gasosa de vapor de hidrocarbono pela recuperação de calor da corrente de ar aquecida para formar uma corrente de reforma aquecida e uma corrente de ar resfriada; ii) reforma de pelo menos uma parte da corrente de reforma aquecida; e iii) combustão de uma parte da corrente de mistura de combustível e ar parcialmente comburada na presença da corrente de ar resfriada para reaquecer a corrente de ar resfriada.
5. Processo, de acordo com a reivindicação 4, em que a quantidade de mistura de combustível e ar suprida para a etapa de combustão de cada um dos pelo menos três estágios é controlada de forma passiva.
6. Processo, de acordo com a reivindicação 5, em que o dito controle passivo é realizado pelo equilíbrio de quedas de pressão nas linhas de combustível e ar por todo o processo de reforma de vapor gasoso de hi-drocarbono.
7. Processo, de acordo com a reivindicação 1, em que o dito processo possui uma conversão de hidrocarbono de mais de 50%.
8. Processo, de acordo com a reivindicação 1, em que o dito processo possui uma eficiência de energia de mais de 50%.
9. Processo, de acordo com a reivindicação 1, em que as condições de pó de metal e coque são evitadas dentro de todos os permutadores de calor, estágios de pré-reforma e estágios de reforma dentro do processo.
10. Processo de reforma de vapor de hidrocarbono gasoso, compreendendo: a) o preaquecimento de uma ou mais correntes de ar para formar uma ou mais correntes de ar preaquecidas; b) a combinação de pelo menos uma corrente de ar com uma parte da pelo menos uma corrente de combustível para formar uma mistura de combustível e ar possuindo uma temperatura abaixo das condições de pó de metal; c) a combustão parcial do combustível em uma parte da mistura de combustível e ar para formar uma corrente de combustível aquecida possuindo uma temperatura acima das condições de pó de metal para uso nos estágios do reformador; d) combustão de uma parte da mistura de combustível e ar na presença de pelo menos uma das correntes de ar preaquecidas para formar uma corrente de ar aquecida possuindo uma temperatura acima das condições de pó de metal para uso nos estágios do reformador; e) aquecimento de uma ou mais correntes de água para formar o vapor; f) mistura do vapor com uma ou mais correntes gasosas de hi-drocarbono para formar uma corrente gasosa de vapor de hidrocarbono; g) aquecimento e reforma parcial da corrente gasosa do vapor de hidrocarbono em um ou mais estágios de pré-reforma para formar uma corrente do reformador, onde por todos os um ou mais estágios de pré-reforma a corrente gasosa de vapor de hidrocarbono possui uma combinação de temperatura e composição que evita as condições de pó de metal e coque; h) reforma da corrente do reformador em um ou mais estágios do reformador para formar uma corrente de syngas e uma corrente de gás de combustão, onde por dos os um ou mais estágios da reforma a corrente do reformador possui uma combinação de temperatura e composição que evita as condições de pó de metal e coque; i) recuperação do calor a partir da corrente de gás de combustão para fornecer calor para os estágios de pré-reforma na etapa g) e para fornecer o preaquecimento para a corrente de água; e j) recuperação de calor a partir da corrente de syngas para prea-quecer a corrente de ar a partir da etapa a) e para fornecer calor para formar o vapor na etapa e).
11. Processo, de acordo com a reivindicação 10, em que cada um dos ditos estágios de pré-reforma compreende: i) recuperação do calor a partir da dita corrente de gás de combustão para aquecer a dita corrente gasosa de vapor de hidrocarbono; e ii) reforma parcial da corrente gasosa de vapor de hidrocarbono aquecida.
12. Processo, de acordo com a reivindicação 10, em que a dita reforma e o reaquecimento da corrente do reformador em um ou mais estágios do reformador para formar uma corrente de syngas e uma corrente de gás de combustão compreendem múltiplos estágios de: i) aquecimento da corrente do reformador pela recuperação do calor a partir da corrente de ar aquecida em um permutador de calor para formar uma corrente de reformador aquecida e uma corrente de ar resfriada; ii) reforma de pelo menos uma parte da corrente de reformador aquecida; e iii) combustão de uma parte da corrente de combustível aquecida na presença da corrente de ar resfriada para formar a corrente de ar aquecida para o próximo estágio.
13. Processo, de acordo com a reivindicação 11, compreendendo adicionalmente o resfriamento de pelo menos uma parte da corrente de syngas em um permutador de calor resfriado.
14. Aparelho para a reforma de vapor de um hidrocarbono gasoso, compreendendo: a) um preaquecedor de combustível que causa a combustão parcial do combustível em uma primeira mistura de combustível e ar para formar uma corrente de combustível aquecida, a corrente de combustível aquecida sendo comburada em um módulo do reformador; b) um preaquecedor que causa a combustão de uma parte de uma segunda corrente de combustível e ar na presença de uma corrente de ar para formar uma corrente de ar aquecida, a corrente de ar aquecida suprindo calor para o módulo do reformador; c) um módulo de reformador para formar uma corrente de syngas a partir de uma corrente do reformador.
15. Aparelho, de acordo com a reivindicação 14, em que o dito módulo do reformador compreende um ou mais estágios de pré-reformador e um ou mais estágios de reformador.
16. Aparelho, de acordo com a reivindicação 15, em que cada um dos ditos estágios de pré-reformador compreende um permutador de calor e uma câmara catalisadora.
17. Aparelho, de acordo com a reivindicação 16, em que os ditos estágios de pré-reformador são configurados para recuperar o calor através do permutador de calor a partir de uma corrente de gás de combustão deixando o módulo de reformador.
18. Aparelho, de acordo com a reivindicação 15, em que os ditos estágios de reformador compreendem: i) um permutador de calor que aquece a corrente do reformador pela recuperação de calor a partir da corrente de ar aquecida para formar uma corrente de ar resfriada; ii) um leito de reforma que reforma a corrente de reformador aquecida; e iii) uma câmara de combustão que causa a combustão de uma parte da corrente de combustível aquecida para reaquecer a corrente de ar resfriada.
19. Aparelho, de acordo com a reivindicação 18, em que o dito aparelho inclui uma rede de controle de distribuição de combustível configurada para o controle passivo da quantidade de corrente de combustível aquecida suprida para cada câmara de combustão nos estágios do reformador.
20. Aparelho, de acordo com a reivindicação 14, em que o dito aparelho compreende adicionalmente pelo menos um permutador de calor que recupera o calor da dita corrente de syngas depois de deixa o módulo de reformador.
21. Aparelho, de acordo com a reivindicação 20, em que o dito pelo menos um permutador de calor compreende pelo menos um permutador de calor resfriado que recupera o calor de uma parte da dita corrente de syngas.
22. Aparelho, de acordo com a reivindicação 20, em que o dito pelo menos um permutador de calor compreende um permutador de calor de múltiplos estágios.
23. Aparelho, de acordo com a reivindicação 14, em que o dito aparelho é configurado para evitar ou reduzir as condições de pó de metal e coque dentro de todos os permutadores de calor, estágios de pré-reforma e estágios de reforma.
24. Aparelho, de acordo com a reivindicação 14, compreendendo adicionalmente um reator de mudança de água e gás que aumenta a concentração de hidrogênio na corrente de syngas depois que a corrente de syngas deixa o módulo de reformador.
25. Aparelho para a reforma de vapor de um hidrocarbono gasoso, compreendendo: a) um permutador de calor de recuperação de calor de syngas que recupera o calor a partir de uma corrente de syngas para aquecer pelo menos uma corrente de ar; b) um divisor de fluxo de ar que divide a corrente de ar em uma primeira corrente de ar e uma segunda corrente de ar, a primeira corrente de ar conectando a uma corrente de combustível para formar uma mistura de combustível e ar; c) um divisor de fluxo de combustível que divide a mistura de combustível e ar em uma primeira corrente de combustível e ar e uma segunda corrente de combustível e ar, a primeira corrente de combustível e ar conectando a um preaquecedor de combustível e a segunda corrente de combustível e ar conectando a um preaquecedor de ar; d) um preaquecedor de combustível que causa a combustão parcial do combustível na primeira corrente de combustível e ar par formar uma corrente de combustível aquecida para uso no reformador; e) um preaquecedor de ar que causa a combustão da segunda corrente de combustível e ar na presença da segunda corrente de ar para formar uma corrente de ar aquecida para uso no reformador; f) um pré-reformador que reforma parcialmente uma corrente gasosa de hidrocarbono aquecido na presença de vapor para formar uma corrente de reformador; g) um reformador que reforma a corrente de reformador para formar uma corrente de syngas; h) um permutador resfriado que recupera o calor da corrente de syngas para formar o vapor a partir de uma corrente de água para o pré-reformador.
26. Aparelho, de acordo com a reivindicação 25, em que o dito pré-reformador compreende um reator de circuito impresso.
27. Aparelho, de acordo com a reivindicação 25, em que o dito reformador compreende um reator de circuito impresso.
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Families Citing this family (34)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7967878B2 (en) * 2002-01-04 2011-06-28 Meggitt (Uk) Limited Reformer apparatus and method
US8366902B2 (en) * 2008-03-24 2013-02-05 Battelle Energy Alliance, Llc Methods and systems for producing syngas
US9162887B2 (en) * 2008-07-02 2015-10-20 Powercell Sweden Ab Reformer reactor and method for converting hydrocarbon fuels into hydrogen rich gas
EP2149769A1 (en) * 2008-07-31 2010-02-03 BP Alternative Energy International Limited Separation of carbon dioxide and hydrogen
US8287763B2 (en) * 2010-10-28 2012-10-16 Air Products And Chemicals, Inc. Steam-hydrocarbon reforming with limited steam export
TWI412172B (zh) * 2010-11-05 2013-10-11 Ind Tech Res Inst 燃料重組裝置及其方法
WO2012067892A1 (en) * 2010-11-17 2012-05-24 Praxair Technology, Inc. System and method for purification of silane using liquid nitrogen in a polysilicon production process
KR20140101280A (ko) * 2010-12-01 2014-08-19 더 유니버시티 오브 시드니 질산 생산에 사용하기 위한 장치
DK2911782T3 (da) * 2012-10-26 2022-05-09 Technip France Fremgangsmåde med anvendelse af beskyttelsescoating til metaloverflader
UA120173C2 (uk) 2013-12-12 2019-10-25 Хальдор Топсьое А/С Спосіб отримання синтез-газу
JP6443404B2 (ja) * 2016-07-04 2018-12-26 トヨタ自動車株式会社 熱、水素生成装置
RU2664526C2 (ru) * 2016-08-23 2018-08-20 Сергей Васильевич Афанасьев Энергосберегающий унифицированный способ генерации синтез-газа из углеводородов
US10745276B2 (en) * 2018-06-29 2020-08-18 Praxair Technology, Inc. Tail gas heating within PSA surge tank
US11888187B2 (en) 2018-11-30 2024-01-30 ExxonMobil Technology and Engineering Company Operation of molten carbonate fuel cells with enhanced CO2 utilization
KR102643791B1 (ko) 2018-11-30 2024-03-06 엑손모빌 테크놀로지 앤드 엔지니어링 컴퍼니 용융 탄산염 연료 전지 캐쏘드용 유동 장 배플
US11695122B2 (en) 2018-11-30 2023-07-04 ExxonMobil Technology and Engineering Company Layered cathode for molten carbonate fuel cell
US11476486B2 (en) 2018-11-30 2022-10-18 ExxonMobil Technology and Engineering Company Fuel cell staging for molten carbonate fuel cells
KR102774870B1 (ko) 2018-11-30 2025-02-27 퓨얼셀 에너지, 인크 심층 co2 포획을 위한 용융 탄산염 연료전지들의 재생성
KR102629136B1 (ko) 2018-11-30 2024-01-29 엑손모빌 테크놀로지 앤드 엔지니어링 컴퍼니 용융 탄산염 연료 전지용 캐쏘드 콜렉터 구조체
WO2020112895A1 (en) 2018-11-30 2020-06-04 Exxonmobil Research And Engineering Company Reforming catalyst pattern for fuel cell operated with enhanced co2 utilization
WO2020112774A1 (en) 2018-11-30 2020-06-04 Exxonmobil Research And Engineering Company Elevated pressure operation of molten carbonate fuel cells with enhanced co2 utilization
CA3162614C (en) 2019-11-26 2024-03-26 Exxonmobile Research And Engineering Company Fuel cell module assembly and systems using same
AU2019476316B2 (en) 2019-11-26 2023-08-10 ExxonMobil Technology and Engineering Company Fuel cell assembly with external manifold for parallel flow
CA3162231C (en) 2019-11-26 2024-11-19 Fuelcell Energy, Inc. OPERATION OF MOLTEN CARBONATE FUEL CELLS WITH A HIGH ELECTROLYTE FILLING LEVEL
CN112495311A (zh) * 2020-10-13 2021-03-16 新疆中泰化学股份有限公司 低汞触媒三翻的方法及装置
US11978931B2 (en) 2021-02-11 2024-05-07 ExxonMobil Technology and Engineering Company Flow baffle for molten carbonate fuel cell
US12092334B2 (en) 2021-05-04 2024-09-17 General Electric Company Integrated fuel cell and engine combustor assembly
CN114559637B (zh) * 2022-01-28 2025-09-16 浙江宏振机械模具集团有限公司 一种使用一步法的液体吹塑机
US11923586B1 (en) 2022-11-10 2024-03-05 General Electric Company Gas turbine combustion section having an integrated fuel cell assembly
US12078350B2 (en) 2022-11-10 2024-09-03 General Electric Company Gas turbine combustion section having an integrated fuel cell assembly
US11859820B1 (en) 2022-11-10 2024-01-02 General Electric Company Gas turbine combustion section having an integrated fuel cell assembly
US12240613B2 (en) 2022-11-10 2025-03-04 General Electric Company Gas turbine combustion section having an integrated fuel cell assembly
CN118532263A (zh) 2023-02-23 2024-08-23 通用电气公司 燃气涡轮发动机和燃料电池组件
CN118532265A (zh) 2023-02-23 2024-08-23 通用电气公司 燃气涡轮发动机和燃料电池组件

Family Cites Families (59)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR1012978A (fr) 1949-02-24 1952-07-21 Procédé et appareil pour réaliser les réactions exothermiques sous pression
US2676156A (en) * 1950-05-19 1954-04-20 Standard Oil Dev Co Preparation of synthesis gas
US4516632A (en) * 1982-08-31 1985-05-14 The United States Of America As Represented By The United States Deparment Of Energy Microchannel crossflow fluid heat exchanger and method for its fabrication
US4569391A (en) * 1984-07-16 1986-02-11 Harsco Corporation Compact heat exchanger
JPH0422827Y2 (pt) * 1987-09-25 1992-05-26
JPH07109773B2 (ja) * 1989-02-28 1995-11-22 石川島播磨重工業株式会社 燃料電池を用いた発電装置
US5068058A (en) * 1989-05-04 1991-11-26 Air Products And Chemicals, Inc. Production of ammonia synthesis gas
JPH085644B2 (ja) 1989-11-27 1996-01-24 石川島播磨重工業株式会社 プレート型改質器
US5209906A (en) * 1991-05-10 1993-05-11 Her Majesty The Queen In Right Of Canada, As Represented By The Minister Of National Defence Modular isothermal reactor
US5270127A (en) * 1991-08-09 1993-12-14 Ishikawajima-Harima Heavy Industries Co., Ltd. Plate shift converter
JPH05105404A (ja) * 1991-10-21 1993-04-27 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd プレート型リフオーマ
TW216453B (en) * 1992-07-08 1993-11-21 Air Prod & Chem Integrated plate-fin heat exchange reformation
DE4313723A1 (de) 1993-04-27 1994-11-03 Koppe Juergen Dr Reaktor mit Oxidationskatalysator
JPH0812303A (ja) * 1994-07-05 1996-01-16 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd プレートリフォーマ
JPH0930801A (ja) * 1995-07-19 1997-02-04 Mitsubishi Electric Corp 改質反応器
ATE213318T1 (de) 1995-12-01 2002-02-15 Chart Heat Exchangers Ltd Wärmetauscher
US5733347A (en) * 1995-12-27 1998-03-31 International Fuel Cells Corp. Compact fuel gas reformer assemblage
US5858314A (en) * 1996-04-12 1999-01-12 Ztek Corporation Thermally enhanced compact reformer
AU4470697A (en) * 1996-10-03 1998-04-24 Hajime Kato Method for hydrocarbon steam reforming
EP0834465B1 (en) * 1996-10-04 2000-07-19 Haldor Topsoe A/S Steam reforming process
JP3129670B2 (ja) * 1997-02-28 2001-01-31 三菱電機株式会社 燃料改質装置
JPH10265202A (ja) * 1997-03-25 1998-10-06 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 水素製造装置
GB2333351A (en) 1997-06-03 1999-07-21 Chart Marston Limited Heat exchanger and/or fluid mixing means
US6077323A (en) * 1997-06-06 2000-06-20 Air Products And Chemicals, Inc. Synthesis gas production by ion transport membranes
DE19754012C2 (de) * 1997-12-05 1999-11-11 Dbb Fuel Cell Engines Gmbh Anlage zur Wasserdampfreformierung eines Kohlenwasserstoffs
US6048472A (en) * 1997-12-23 2000-04-11 Air Products And Chemicals, Inc. Production of synthesis gas by mixed conducting membranes
EP0926097B2 (en) 1997-12-23 2013-02-27 Air Products And Chemicals, Inc. Utilization of synthesis gas produced by mixed conducting membranes
US6117578A (en) * 1998-04-16 2000-09-12 International Fuel Cells, Llc Catalyzed wall fuel gas reformer
JP2001052727A (ja) * 1999-08-04 2001-02-23 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 燃料電池発電システム
EP1248675B1 (en) * 2000-01-11 2005-08-24 Accentus plc Catalytic reactor
WO2001054806A1 (en) 2000-01-25 2001-08-02 Meggitt (Uk) Ltd Chemical reactor with heat exchanger
US6892802B2 (en) * 2000-02-09 2005-05-17 Board Of Supervisors Of Louisiana State University And Agricultural And Mechanical College Crossflow micro heat exchanger
DE10007766A1 (de) * 2000-02-20 2001-08-23 Gen Motors Corp Brenneranordnung
US20010045061A1 (en) * 2000-03-13 2001-11-29 Ida Tech, L.L.C. Fuel processor and systems and devices containing the same
DE10042746A1 (de) * 2000-08-31 2002-03-28 Degussa Verfahren und Vorrichtung zum Durchführen von Reaktionen in einem Reaktor mit spaltförmigen Reaktionsräumen
US6893619B1 (en) * 2000-09-13 2005-05-17 Ford Global Technologies, Llc Plate-frame heat exchange reactor with serial cross-flow geometry
US7081312B1 (en) * 2000-09-26 2006-07-25 General Motors Corporation Multiple stage combustion process to maintain a controllable reformation temperature profile
US20020071797A1 (en) 2000-10-06 2002-06-13 Loffler Daniel G. Catalytic separator plate reactor and method of catalytic reforming of fuel to hydrogen
US6695983B2 (en) * 2001-04-24 2004-02-24 Praxair Technology, Inc. Syngas production method utilizing an oxygen transport membrane
GB0114793D0 (en) * 2001-06-16 2001-08-08 Bp Oil Int Hydrogen production process
JP2003089502A (ja) * 2001-09-12 2003-03-28 Suzuki Motor Corp メタノール改質装置
US6562105B2 (en) * 2001-09-27 2003-05-13 Praxair Technology, Inc. Combined method of separating oxygen and generating power
US6960235B2 (en) * 2001-12-05 2005-11-01 The Regents Of The University Of California Chemical microreactor and method thereof
US7967878B2 (en) * 2002-01-04 2011-06-28 Meggitt (Uk) Limited Reformer apparatus and method
AUPR981702A0 (en) * 2002-01-04 2002-01-31 Meggitt (Uk) Limited Steam reformer
US7008707B2 (en) * 2002-02-15 2006-03-07 General Motors Corporation Direct water vaporization for fuel processor startup and transients
US7128769B2 (en) * 2002-06-27 2006-10-31 Idatech, Llc Methanol steam reforming catalysts, steam reformers, and fuel cell systems incorporating the same
US7014835B2 (en) * 2002-08-15 2006-03-21 Velocys, Inc. Multi-stream microchannel device
EP1403215B1 (en) * 2002-09-26 2013-03-13 Haldor Topsoe A/S Process and apparatus for the preparation of synthesis gas
JP4457559B2 (ja) * 2003-01-09 2010-04-28 日産自動車株式会社 燃料蒸発装置
US7101175B2 (en) * 2003-04-04 2006-09-05 Texaco Inc. Anode tailgas oxidizer
JP2005087784A (ja) * 2003-09-12 2005-04-07 Nhk Spring Co Ltd 反応器
JP4539907B2 (ja) * 2004-07-14 2010-09-08 三菱化工機株式会社 炭化水素改質装置用部材
KR100639008B1 (ko) * 2005-04-13 2006-10-25 삼성에스디아이 주식회사 평판형 개질기 및 이를 채용한 연료 전지 시스템
JP4405432B2 (ja) * 2005-05-23 2010-01-27 本田技研工業株式会社 改質装置
US8216323B2 (en) * 2005-06-30 2012-07-10 General Electric Company System and method for hydrogen production
JP5078165B2 (ja) * 2005-10-17 2012-11-21 インテリジェント エナジー インコーポレイテッド 水蒸気改質ユニット
JP4492534B2 (ja) * 2005-12-28 2010-06-30 カシオ計算機株式会社 反応装置および反応装置の製造方法
JP2008214165A (ja) * 2007-03-07 2008-09-18 Ihi Corp 可燃ガス混合方法及び混合器

Also Published As

Publication number Publication date
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AU2008265496A1 (en) 2008-12-24

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