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Title:
REACTOR FOR PREFERENTIAL OXIDATION OF CARBON MONOXIDE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2015/018961
Kind Code:
A1
Abstract:
The present invention can be included in the technical field of CO preferential oxidation reactors and, more specifically, in preferential oxidation reactors that form part of an ethanol processing system for subsequently feeding a fuel cell used in naval or marine applications, which comprises at least three heat exchangers for cooling a gas stream with a high H2 concentration by means of a water stream and at least three preferential oxidation reactor modules having a catalyst bed, characterised in that the total number of tubes (15) of the heat exchangers (1, 10, 12) is integrated in a single cylindrical shell (14) and wherein an inlet manifold for the reformate gas (2) is disposed on one base of the cylindrical shell, while an oulet manifold that collects the reformate gas that flows out of the tubes and feeds it to each of the CO preferential oxidation modules (5, 11, 13) is disposed on the other base of the cylindrical shell.

Inventors:
SCHOLTEN ANTON (ES)
WESTERNDORP GERARD (ES)
BREY SÁNCHEZ JOSE JAVIER (ES)
SARMIENTO MARRÓN BELÉN (ES)
GALLARDO GARCÍA-ORTA VICTORIA (ES)
MARTÍN BETANCOURT MARIANA (ES)
Application Number:
PCT/ES2014/070637
Publication Date:
February 12, 2015
Filing Date:
August 04, 2014
Export Citation:
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Assignee:
ABENGOA HIDRÓGENO S A (ES)
International Classes:
C01B3/58; B01J8/04
Domestic Patent References:
WO2000032513A12000-06-08
WO2012066174A12012-05-24
Foreign References:
EP2455334A12012-05-23
US6284206B12001-09-04
EP1184336A12002-03-06
CN101462694A2009-06-24
JP2008037692A2008-02-21
Attorney, Agent or Firm:
PONS ARIÑO, Angel (ES)
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Claims:
R E I V I N D I C A C I O N E S

1.- Reactor de oxidación preferencial de CO que comprende:

• un primer intercambiador de calor (1 ) para enfriar parcialmente una corriente de gases con una concentración alta de H2 (2) mediante una corriente de agua (3) que se transforma en una corriente de vapor de agua (4), seguido de un primer módulo reactor de oxidación preferencial de CO (5) con lecho catalítico, para llevar a cabo una purificación parcial de la corriente de gases con una concentración alta de H2 (2) mediante la alimentación de una corriente de O2 pura,

• un segundo intercambiador de calor (10) dispuesto a la salida del primer módulo reactor de oxidación preferencial (5) para enfriar la corriente de gases con una concentración alta de H2 (2) mediante la corriente de agua (3) que se transforma en una corriente de vapor de agua (4), seguido de un segundo módulo reactor de oxidación preferencial de CO (1 1 ) con un lecho catalítico, en el que se continúa la purificación parcial de la corriente de gases con una concentración alta de H2 (2) mediante la alimentación de una corriente de O2 pura (6), y

• un tercer intercambiador de calor (12) dispuesto a la salida del segundo módulo reactor de oxidación preferencial (1 1 ) para enfriar la corriente de gases con una concentración alta de H2 (2) mediante la corriente de agua (3) que se transforma en una corriente de vapor de agua (4), seguido de un tercer módulo reactor de oxidación preferencial (13) con un lecho catalítico, en el que se continua la purificación parcial de la corriente de gases con una concentración alta de H2 (2) mediante la alimentación de una corriente de O2 pura (6),

caracterizado por que el número total de tubos (15) de los tres intercambiadores de calor (1 , 10, 12) se integra en una única carcasa (14), donde la carcasa (14) es de forma cilindrica y los tubos (15) se disponen longitudinalmente dentro de dicha carcasa (14), donde en una de las bases de la carcasa (14) cilindrica se ubica un colector de alimentación o de entrada del gas de reformado (2) a los tubos (15) de intercambio de calor y distribución de flujo, mientras que en la otra base de la carcasa cilindrica se ubica un colector de salida del gas de reformado de los tubos (2) y de entrada a cada uno de los módulos reactores de oxidación preferencial de CO (5, 1 1 , 13). 2 - Reactor de oxidación preferencial de CO según reivindicación 1 caracterizado por que comprende un dispositivo de separación de gotas o downcomer (18, 25) dispuesto a la salida de la corriente de vapor de agua proveniente del primer intercambiador de calor (1 ). 3.- Reactor de oxidación preferencial de CO según reivindicación 2 caracterizado por que el dispositivo de separación de gotas o downcomer (18, 25) comprende un conducto de retorno (24, 29) por donde el agua condensada vuelve al primer intercambiador de calor (1 ). 4.- Reactor de oxidación preferencial de CO según reivindicación 3 caracterizado por que el dispositivo de separación de gotas o downcomer (18, 25) comprende un conducto central (21 , 26) por donde asciende la mezcla de vapor de agua (4) y gotas de agua líquida (22) que se encuentra rodeado de un conducto concéntrico (23, 27) de mayor diámetro.

5. - Reactor de oxidación preferencial de CO según reivindicación 4 caracterizado por que el dispositivo de separación de gotas o downcomer (18) comprende un primer conducto concéntrico (35) al conducto central (21 ), de mayor diámetro que el conducto central (21 ) y cerrado en su parte superior, de ascenso de la mezcla de vapor de agua (4) y gotas de agua líquida (22), y una holgura radial presente entre el conducto central (21 ) y el primer conducto concéntrico (35) para el descenso de la mezcla.

6. - Reactor de oxidación preferencial de CO según reivindicación 5 caracterizado por que el dispositivo de separación de gotas o downcomer (18) comprende una holgura radial existente entre el primer conducto concéntrico (35) y un segundo conducto concéntrico (23), de ascenso del vapor de agua (4).

7. - Reactor de oxidación preferencial de CO según reivindicación 6 caracterizado por que el primer conducto concéntrico (35) del dispositivo de separación de gotas o downcomer (18) comprende unos orificios dispuestos en su pared que lo comunican con un colector (36) de salida del vapor de agua (4)

8. - Reactor de oxidación preferencial de CO según reivindicación 4 caracterizado por que el dispositivo de separación de gotas o downcomer (25) comprende un conducto concéntrico (27) al conducto central (26) que se encuentra separado en dos partes mediante al menos un propulsor estático (28) que impide el paso de las gotas de agua líquida (22) que descienden por el conducto (29) que comunica el dispositivo de separación de gotas o downcomer (25) con el interior de la carcasa (14).

9. - Reactor de oxidación preferencial de CO según cualquiera de las reivindicaciones 2 a 8 caracterizado por que comprende al menos dos sensores de nivel (31 , 32), un sensor de nivel supenor (31 ) y un sensor de nivel inferior (32) para asegurar que todos los tubos del primer intercambiador de calor están sumergidos en agua líquida.

10. - Reactor de oxidación preferencial de CO según reivindicación 9 caracterizado por que los sensores de nivel (31 , 32) detectan unos grados de inclinación máximos de ±45° respecto a un plano horizontal.

1 1. - Reactor de oxidación preferencial de CO según cualquiera de las reivindicaciones 9 ó 10 caracterizado por que los sensores de nivel (31 , 32) son del tipo todo-nada.

12. - Reactor de oxidación preferencial de CO según cualquiera de las reivindicaciones 9 a 1 1 caracterizado por que el sensor de nivel inferior (32) se encuentra dispuesto en el primer intercambiador de calor (1 ) y el sensor de nivel superior (31 ) se encuentra dispuesto en el dispositivo de separación de gotas o downcomer (18, 25).

5 13.- Reactor de oxidación preferencial de CO según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado por que el colector de salida se extiende, interiormente a la carcasa (14), desde los tubos (15) de intercambio de calor hasta una de las bases de la carcasa (14) cilindrica, donde los tubos (15) de intercambio de calor se encuentran divididos mediante unos tabiques (17) en tres i o compartimentos independientes.

14. - Reactor de oxidación preferencial de CO según reivindicación 13 caracterizado por que comprende, en el extremo de los tabiques (17) en contacto con los tubos (15), un primer plato perforado (50) del mismo diámetro que la

15 carcasa (14) cilindrica, cuyos orificios coinciden en número y diámetro con los tubos (15).

15. - Reactor de oxidación preferencial de CO según reivindicación 14 caracterizado por que el colector de entrada comprende unos compartimentos

20 internos para la alimentación y distribución del flujo de gas de reformado (2) a los tubos (15) de cada uno de los intercambiadores de calor (1 , 10, 12), de manera que los tres compartimientos internos del colector de entrada se corresponden con cada uno de los tres intercambiadores de calor (1 , 10, 12) integrados en la carcasa (14).

25

16. - Reactor de oxidación preferencial de CO según reivindicación 15 caracterizado por que comprende un segundo plato perforado (51 ) dispuesto en el extremo del colector de salida, opuesto a la ubicación del primer plato perforado (50).

30

17. - Reactor de oxidación preferencial de CO según reivindicación 15 caracterizado por que en el lateral del extremo opuesto del cilindro del primer módulo reactor de oxidación preferencial de CO (5), que no está acoplado al colector de salida, se dispone una primera tubería de retorno del gas de reformado (2) al colector de entrada. 18.- Reactor de oxidación preferencial de CO según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado por que los tubos del intercambiador de calor (1 , 10, 12) presentan aletas longitudinales en el interior de los mismos.

Description:
REACTOR DE OXIDACIÓN PREFERENCIAL DE MONOXIDO DE CARBONO

D E S C R I P C I Ó N OBJETO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se puede incluir en el campo técnico de los reactores de oxidación preferencial de monóxido de carbono y más concretamente en los reactores de oxidación preferencial que forman parte de un sistema de reformado de hidrocarburos y alcoholes, preferentemente etanol (bioetanol), para la posterior alimentación de una pila de combustible utilizada en aplicaciones navales o marinas.

El objeto de la invención es un reactor de oxidación preferencial de CO que lleva a cabo la purificación de corrientes ricas en H 2 obtenidas en procedimientos de reformado de combustibles orgánicos, como etapa previa a la alimentación de una pila de combustible.

Además, el reactor de oxidación preferencial de CO de la presente invención permite evaporar agua, aprovechándose el calor latente de evaporación para llevar a cabo la refrigeración de los lechos catalíticos de dicho reactor.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Se conocen en el estado de la técnica los reactores de oxidación preferencial que se emplean para la purificación de corrientes ricas en H 2 provenientes de procesos de reformado de combustibles orgánicos, donde los reactores de oxidación preferencial incluyen una reacción catalítica de oxidación preferencial de CO para la reducción de la concentración del dicho CO en la corriente con una concentración alta de H 2.

Particularmente son conocidos en el estado de la técnica los reactores de oxidación preferencial de CO que se utilizan para la purificación de una corriente con una concentración alta de H 2 previamente a su alimentación en una pila de combustible. Entre estos se encuentra la solicitud de patente CN 101462694 (A) que se refiere a un reactor PrOX o de oxidación preferencial de CO alimentado 5 con una corriente con una concentración alta de H 2 proveniente de un proceso de reformado de metanol que comprende dos reactores PrOX con lechos catalíticos alternados con tres intercambiadores, donde el agente oxidante es aire y los intercambiadores se encuentran dispuestos a continuación de los reactores PrOX en la dirección longitudinal. La corriente obtenida a la salida de i o este reactor PrOX consigue reducir la concentración de CO hasta niveles de 30 ppm y permite alimentar una pila de combustible con una potencia de salida de hasta 100 kW.

Se conoce también la solicitud de patente JP2008037692 (A) que se refiere a un 15 reactor PrOX alimentado con una corriente con una concentración alta de H 2 proveniente del reformado de metanol que comprende dos reactores PrOX que pueden estar dispuestos en serie o en paralelo con lechos catalíticos de Pt, que presentan intercambiadores en espiral dispuestos alrededor del lecho catalítico, donde los intercambiadores de calor emplean agua para enfriar la corriente de 20 gases con una concentración alta de H 2 .

Se conoce también la solicitud internacional WO2012066174 (A1 ) relativa a un equipo de reformado de etanol que incorpora diferentes subequipos para la producción de hidrogeno para alimentar una pila de combustible que propulsa un

25 submarino. Entre los subequipos se encuentran varios reactores PrOX dispuestos en serie, incluyendo además microintercambiadores de calor intermedios ubicados entre dichos reactores PrOX para enfriar el gas procedente de los mismos precalentando y/o evaporando agua y/o etanol del proceso. La corriente obtenida a la salida de este reactor PrOX consigue reducir la concentración de

30 CO hasta niveles de 30 ppm y permite alimentar una pila de combustible con una potencia de salida de hasta 100 kW. En los reactores PrOX descritos anteriormente que emplean como refrigerante de los lechos catalíticos agua que se evapora durante el cambio de fase, existe el inconveniente de que no se separa el agua líquida tras el intercambio de calor, no pudiendo volver a integrarlo en el reactor, con lo que el vapor sigue conteniendo gotas arrastradas con el mismo, además de que se pueden dar casos en los que los niveles de agua requeridos en el reactor PrOX no sean los necesarios para el correcto funcionamiento del mismo. Además, los reactores PrOX del estado de la técnica no están diseñados para ocupar un volumen inferior a 0,45 m 3 , preferentemente inferior a 0,3 m 3 operando bajo unas condiciones que permiten alimentar a una pila de combustible de potencia de hasta 600 kW, preferentemente de hasta 300 kW, o dicho de otra manera, ocupando un volumen menor que los reactores del estado de la técnica para la misma potencia, por lo que no son apropiados para aplicaciones marinas, como por ejemplo submarinos, ya que este tipo de aplicaciones son las que presentan restricciones de volumen, consiguiendo reducir únicamente la concentración de CO por debajo de niveles alrededor de 20 ppm, no llegando a niveles de 5-10 ppm.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a un reactor de oxidación preferencial de CO para la purificación de corrientes ricas en H 2 , como etapa previa a la alimentación de una pila de combustible, integrado con un intercambiador de calor que utiliza el calor generado en la reacción exotérmica de oxidación preferencial para evaporar agua. La presente invención resuelve el problema técnico de recirculación del agua no evaporada nuevamente al intercambiador de calor, para trabajar con un grado de compactación elevado, mediante un reactor de oxidación preferencial de CO que lleva a cabo la purificación de corrientes ricas en H 2 obtenidas en procesos de reformado de combustibles orgánicos, como por ejemplo reformado de etanol o bioetanol, como etapa previa a la alimentación de una pila de combustible. La única diferencia entre el bioetanol y el etanol es que el primero es de procedencia vegetal.

Además, el reactor de oxidación preferencial de la presente invención cumple en todo momento con los requerimientos de nivel de agua exigidos para operar correctamente y de foma óptima a distintos grados de inclinación del equipo.

El reactor de oxidación preferencial de la presente invención presenta un volumen inferior a 0,45 m 3 , preferentemente inferior a 0,3 m 3 operando bajo unas condiciones que permiten alimentar a una pila de combustible de potencia de hasta 600 kW, preferentemente de hasta 300 kW, o dicho de otra manera, ocupando un volumen menor que los reactores del estado de la técnica para la misma potencia, resolviendo el problema técnico de conseguir trabajar a estos rangos de potencias en espacios muy reducidos, siendo apropiado por tanto para aplicaciones marinas como por ejemplo en submarinos, ya que son aplicaciones que presentan fuertes restricciones de espacio, consiguiendo reducir la concentración de CO hasta niveles de 5-10 ppm.

El reactor de oxidación preferencial de CO comprende al menos un primer intercambiador de calor para enfriar una corriente de gases con una concentración alta de H 2 , antes de que se lleve a cabo la etapa de reacción, mediante una corriente de agua que se transforma en una corriente de vapor de agua y al menos un módulo reactor de oxidación preferencial de CO con al menos un lecho catalítico para llevar a cabo la purificación de la corriente de gases con una concentración alta de H 2 mediante una corriente de O 2 pura que es inyectada a la entrada del módulo reactor de oxidación preferencial de CO.

La temperatura de la corriente de gases con una concentración alta de H 2 a la salida del primer intercambiador está en el intervalo 1 10 °C-160 °C, más preferentemente 120 °C-150 °C, y más preferentemente 135 °C

Opcionalmente, para mejorar la mezcla de la corriente de O2 con la corriente de gases con una concentración alta de H 2 , y prevenir la existencia de zonas de alta concentración de O 2 y, en consecuencia, disminuir el riego de ignición del H 2 , el reactor de oxidación preferencial comprende al menos un sistema de inyección de la corriente de O 2 en la corriente de gases con una concentración alta de H 2, que consta de al menos un conducto de alimentación y opcionalmente al menos un mezclador estático en la zona de inyección que evita que la combustión tenga lugar antes del lecho catalítico.

El primer intercambiador de calor que enfría la corriente de gases con una concentración alta de H 2 mediante la corriente de agua es del tipo carcasa y tubos, donde la corriente de gases con una concentración alta de H 2 circula por el interior de los tubos y el agua entre los tubos y la carcasa.

Opcionalmente los tubos del intercambiador de calor pueden tener aletas longitudinales en el interior de los mismos para favorecer el intercambio de calor. Estas aletas longitudinales pueden estar fabricadas en diferentes materiales como cobre, acero inoxidable o aluminio.

El reactor de oxidación preferencial de CO puede comprender además un dispositivo de separación de gotas o en inglés "downcomer" dispuesto a la salida de la corriente de vapor de agua proveniente del primer intercambiador de calor, que evita que dicha corriente de vapor de agua arrastre gotas de agua líquida fuera del reactor de oxidación preferencial. De esta manera, dicha corriente de vapor de agua libre de gotas puede ser empleada en un proceso de reformado de combustibles orgánicos, preferentemente etanol, donde el agua condensada en el dispositivo de separación de gotas, o en inglés "downcomer", vuelve al primer intercambiador de calor por un conducto de retorno.

Adicionalmente, el reactor de oxidación preferencial de CO puede comprender al menos dos sensores de nivel, un sensor de nivel supenor y un sensor de nivel inferior que aseguran que todos los tubos del primer intercambiador de calor están sumergidos en agua líquida para los distintos grados de inclinación respecto al plano horizontal requeridos por el tipo de aplicación naval o marina, evitando de esta manera situaciones en las que no se lleve a cabo el intercambio de calor entre el agua líquida y la corriente con una concentración alta de H 2 , donde preferentemente, los grados de inclinación máximos son de ±45° respecto al plano horizontal.

Los sensores opcionalmente son del tipo todo-nada, es decir, el sensor de nivel inferior entra en funcionamiento durante el arranque del equipo y su función principal es la de mantener el nivel de agua con un nivel inferior para favorecer el arranque por medio del calentamiento rápido del equipo.

El sensor de nivel superior garantiza que durante la fase de funcionamiento, el nivel de agua se encuentre lo suficientemente alto para que los tubos estén siempre inundados y se consiga una eficaz transferencia de calor, de manera que el agua líquida alimentada al intercambiador de calor se regula para mantener el nivel en la posición del sensor de nivel superior. Durante el arranque del reactor, cuando se está calentando hasta su temperatura de operación, el nivel de agua líquida se mantiene en la posición del sensor de nivel inferior, con el objetivo de favorecer el calentamiento rápido del equipo, donde el sensor de nivel inferior se encuentra dispuesto en el primer intercambiador de calor y el sensor de nivel superior se encuentra dispuesto en el dispositivo de separación de gotas o downcomer.

DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica de la misma, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:

Figura 1.- Muestra una vista esquemática del reactor de oxidación preferencial de CO de la presente invención.

Figura 2 - Muestra una vista en perspectiva del reactor de oxidación preferencial de CO de la presente invención.

Figura 3.- Muestra una vista en perspectiva seccionada del reactor de oxidación preferencial mostrado en la Figura 2.

Figura 4.- Muestra otra vista en perspectiva seccionada parcialmente del reactor de oxidación preferencial mostrado en la Figura 3. Figura 5.- Muestra una vista en sección de una primera realización del dispositivo de separación de gotas o downcomer dispuesto a la salida de la corriente de vapor de agua proveniente del primer intercambiador de calor.

Figura 6.- Muestra una vista en sección de una segunda realización del dispositivo de separación de gotas o downcomer dispuesto a la salida de la corriente de vapor de agua proveniente del primer intercambiador de calor.

REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN Seguidamente se describe, con ayuda de las figuras 1 a 6 anteriormente referidas, una descripción en detalle de una realización preferente de la invención.

La presente invención resuelve el problema técnico planteado, mediante un reactor de oxidación preferencial de CO que comprende un primer intercambiador de calor (1 ) para enfriar parcialmente una corriente de gases con una concentración alta de H 2 (2) mediante una corriente de agua (3) que se transforma en una corriente de vapor de agua (4), seguido de un primer módulo reactor de oxidación preferencial de CO (5) con lecho catalítico, para llevar a cabo una purificación parcial de la corriente de gases con una concentración alta de H 2 (2) mediante la alimentación de una corriente de O2 pura que se inyecta en la tubería de entrada de la corriente con una concentración alta de H 2 (2) del primer intercambiador de calor (1 ).

La temperatura de la corriente de gases con una concentración alta de H 2 (2) a la salida del primer intercambiador (1 ) está en el intervalo 1 10 °C-160 °C, más preferentemente 120 °C-150 °C, y más preferentemente 135 °C.

El reactor comprende además un segundo intercambiador de calor (10) dispuesto a la salida del primer módulo reactor de oxidación preferencial (5) para enfriar la corriente de gases con una concentración alta de H 2 (2) mediante la corriente de agua (3) que se transforma en una corriente de vapor de agua (4), seguido de un segundo módulo reactor de oxidación preferencial de CO (1 1 ) con un lecho catalítico, en el que se continúa la purificación parcial de la corriente de gases con una concentración alta de H 2 (2) mediante la alimentación de una corriente de O 2 pura (6) que es inyectada a la salida del primer módulo reactor de oxidación preferencial (5), antes de la entrada al segundo intercambiador de calor (10).

La temperatura de la corriente de gases con una concentración alta de H 2 (2) a la salida del segundo intercambiador (10) está en el intervalo 1 10 °C-160 °C, más preferentemente 120 °C-150 °C, y más preferentemente 135 °C.

El reactor comprende además un tercer intercambiador de calor (12) dispuesto a la salida del segundo módulo reactor de oxidación preferencial (1 1 ) para enfriar la corriente de gases con una concentración alta de H 2 (2) mediante la corriente de agua (3) que se transforma en una corriente de vapor de agua (4), seguido de un tercer módulo reactor de oxidación preferencial (13) con un lecho catalítico, en el que se continua la purificación parcial de la corriente de gases con una concentración alta de H 2 (2) mediante la alimentación de una corriente de O2 pura (6) que es inyectada a la salida del segundo módulo reactor de oxidación preferencial (1 1 ), antes de la entrada al tercer intercambiador de calor (12).

La temperatura de la corriente de gases con una concentración alta de H 2 (2) a la salida del tercer intercambiador está en el intervalo 1 10 °C-160 °C, más preferentemente 120 °C-150 °C, y más preferentemente 135 °C.

En un ejemplo de realización preferente, el reactor de oxidación preferencial consiste en un equipo conformado por tres módulos reactores de oxidación preferencial de CO (5, 1 1 , 13), en los que se lleva a cabo la reacción catalítica de oxidación preferencial de CO de una corriente de gas de reformado con una concentración alta de H 2 (2), y tres intercambiadores de calor (1 , 10, 12) dispuestos antes de la entrada de cada lecho (5, 1 1 , 13), que tienen como objetivo reducir la temperatura del gas de reformado hasta la temperatura óptima de reacción. El fluido refrigerante puede ser agua (3) en cambio de fase. Los intercambiadores de calor (1 , 10, 12) son de tipo tubos (15) y carcasa (14), donde por el interior de los tubos (15) circula el flujo de gas de reformado a purificar, mientras que en el volumen comprendido entre los tubos (15) y la carcasa (14), circula el flujo de agua (3) de refrigeración. Para conseguir un mayor grado de compactación, el número total de tubos (15) de los tres intercambiadores de calor (1 , 10, 12) se integra en una única carcasa (14), donde la carcasa (14) es de forma cilindrica y los tubos (15) se disponen longitudinalmente dentro de dicha carcasa (14). El diámetro de la carcasa (14) cilindrica está limitado para que el equipo pueda ser extraído preferentemente por la escotilla de un submarino de diámetro inferior a 800 mm. En una de las bases de la carcasa (14) cilindrica se ubica un colector de alimentación o de entrada del gas de reformado (2) a los tubos (15) de intercambio de calor y distribución de flujo, mientras que en la otra base de la carcasa cilindrica se ubica un colector de salida del gas de reformado (2) de los tubos y de entrada a cada uno de los módulos reactores de oxidación preferencial de CO (5, 1 1 , 13).

El colector de salida se extiende, interiormente a la carcasa (14), desde los tubos (15) de intercambio de calor hasta una de las bases de la carcasa (14) cilindrica, donde los tubos (15) de intercambio de calor se encuentran divididos mediante unos tabiques (17) en tres compartimentos independientes.

Para separar el colector de salida de la zona de la carcasa (14) donde se disponen los tubos (15) de intercambio de calor, el reactor de oxidación preferencial comprende, en el extremo de los tabiques (17) en contacto con los tubos (15), un primer plato perforado (50) del mismo diámetro que la carcasa (14) cilindrica, cuyos orificios coinciden en número y diámetro con los tubos (15). Cada compartimento interno del colector de entrada alimenta y distribuye el flujo de gas de reformado (2) a los tubos (15) de cada uno de los intercambiadores de calor (1 , 10, 12), de manera que los tres compartimientos internos del colector de entrada se corresponden con cada uno de los tres intercambiadores de calor (1 , 10, 12) integrados en la carcasa (14).

Cada módulo reactor de oxidación preferencial de CO (5, 1 1 , 13) consiste en un cilindro, en cuyo interior se dispone el catalizador para la reacción preferencial de CO. En el extremo del colector de salida, opuesto a la ubicación del primer plato perforado (50), se dispone un segundo plato perforado (51 ), cuyos orificios coinciden en diámetro y número con los cilindros de los tres módulos reactores de oxidación preferencial de CO (5, 1 1 , 13). Los tres cilindros correspondientes a los módulos reactores de oxidación preferencial de CO (5, 1 1 , 13) se acoplan en los orificios de este segundo plato perforado (51 ) del colector de salida de flujo de los tubos (15).

De forma similar al colector de entrada, cada compartimento interno del colector de salida recibe el flujo de gas de reformado (2) proveniente de los tubos (15) de cada intercambiador de calor (1 , 10, 12), y lo alimenta a cada uno de los módulos reactores de oxidación preferencial de CO (5, 1 1 , 13) acoplados al colector de salida. El flujo de gas de reformado (2), que puede provenir de unas etapas previas de purificación de un sistema de reformado de etanol, se alimenta en el primer compartimento del colector de entrada, a través de una conexión localizada en una de las bases de la carcasa cilindrica. En este primer compartimento, el flujo de gas de reformado se distribuye y alimenta uniformemente a los tubos (15) del primer intercambiador de calor (1 ) previo al primer módulo reactor de oxidación preferencial de CO (5).

A la salida de los tubos (15) del primer intercambiador de calor (1 ), el flujo de gas de reformado (2) desemboca en el primer compartimento del colector de salida y se alimenta al primer módulo reactor de oxidación preferencial de CO (5). En el lateral del extremo opuesto del cilindro del primer módulo reactor de oxidación preferencial de CO (5), que no está acoplado al colector de salida, se dispone una primera tubería de retorno del gas de reformado (2) al colector de entrada. Para maximizar el grado de compactación del conjunto y evitar la existencia de una serie de tuberías externas, esta primera tubería de retorno atraviesa longitudinalmente el colector de salida y la zona de intercambio de calor de la carcasa (14), para finalmente desembocar en el segundo compartimiento del colector de entrada.

En la primera tubería de retorno de gas de reformado, se inyecta el oxígeno (6) necesario para el segundo módulo reactor de oxidación preferencial de CO (1 1 ), mediante una primera tubería de alimentación (7) que se inserta en el codo de la tubería de retorno, codo que es necesario para cambiar el sentido de la tubería de retorno hacia el colector de entrada. En el extremo de salida de la primera tubería de alimentación (7), se acoplan un conjunto de aspas (52) para favorecer el mezclado homogéneo del gas de reformado (2) y el oxígeno (6) a la salida del primer módulo reactor de oxidación preferencial de CO (5). Por otra parte, en el interior de la primera tubería de retorno se dispone un mezclador estático (53), que consiste en una serie de deflectores helicoidales de flujo para completar el proceso de mezclado, garantizando la mezcla homogénea de la corriente de gases de reformado con una concentración alta de H 2 (2) y la corriente de O2 pura (6), evitando que la combustión tenga lugar antes del segundo lecho catalítico (1 1 ). En el segundo compartimento del colector de entrada, el flujo de gas de reformado (2) de salida de la primera tubería de retorno proveniente del primer módulo reactor de oxidación preferencial de CO (5), se distribuye y alimenta a los tubos (15) del segundo intercambiador de calor (10) previo al segundo módulo reactor de oxidación preferencial de CO (1 1 ).

A la salida de los tubos del segundo intercambiador de calor (10), el flujo de gas de reformado (2) desemboca en el segundo compartimento del colector de salida y se alimenta al segundo módulo reactor de oxidación preferencial de CO (1 1 ). En el lateral del extremo opuesto del cilindro del segundo módulo reactor de oxidación preferencial de CO (1 1 ), que no está acoplado al colector de salida, se dispone una segunda tubería de retorno del gas de reformado al colector de entrada. Nuevamente, para maximizar el grado de compactacion del conjunto y evitar la existencia de una serie de tuberías externas, esta segunda tubería de retorno atraviesa longitudinalmente el colector de salida y la zona de intercambio de calor de la carcasa (14), para finalmente desembocar en el tercer compartimiento del colector de entrada. En la segunda tubería de retorno de gas de reformado, se inyecta el oxígeno (6) necesario para el segundo módulo reactor de oxidación preferencial de CO (1 1 ), mediante una segunda tubería de alimentación que se inserta en el codo de la tubería de retorno, codo que es necesario para cambiar el sentido de la tubería de retorno hacia el colector de entrada. En el extremo de salida de la segunda tubería de alimentación, se acoplan un conjunto de aspas para favorecer el mezclado homogéneo del gas de reformado y el oxígeno a la salida del primer módulo reactor de oxidación preferencial de CO. Por otra parte, en el interior de la segunda tubería de retorno se dispone un mezclador estático, que consiste en una serie de deflectores helicoidales de flujo para completar el proceso de mezclado.

En el tercer compartimento del colector de entrada, el flujo de gas de reformado (2) de salida de la segunda tubería de retorno proveniente del segundo módulo reactor de oxidación preferencial de CO (1 1 ), se distribuye y alimenta a los tubos del tercer intercambiador de calor (12) previo al tercer módulo reactor de oxidación preferencial de CO (13).

A la salida de los tubos del tercer intercambiador de calor (12), el flujo de gas de reformado (2) desemboca en el tercer compartimento del colector de salida y se alimenta al tercer módulo reactor de oxidación preferencial de CO (13). En el tope del extremo opuesto del cilindro del tercer módulo reactor de oxidación preferencial de CO (13), que no está acoplado al colector de salida, se dispone una conexión de salida del flujo de gas de reformado, que se alimentará a otras etapas posteriores del sistema de reformado de etanol.

El agua (3) de refrigeración se introduce en el interior de la carcasa por medio de una conexión de entrada ubicada en el inferior de la carcasa (14). Para garantizar que el nivel de agua líquida sea el adecuado durante todas las posibles inclinaciones del submarino, a fin de prevenir que los tubos dejen de estar contacto con el agua en ebullición, se han incorporado dos sensores de nivel en dos posiciones distintas, que se describirán más adelante. El reactor de oxidación preferencial de CO comprende además opcionalmente un dispositivo de separación de gotas o downcomer (18, 25) dispuesto a la salida de la corriente de vapor de agua (4), proveniente de la carcasa (14) dispuesto en la parte superior de dicha carcasa (14), que evita que dicha corriente de vapor de agua arrastre gotas de agua líquida (22) fuera del reactor de oxidación preferencial de CO, separando el agua líquida en forma de gotas (22) de la corriente de vapor de agua (4). El agua líquida en forma de gotas (22) retorna a la carcasa (14) por un conducto (24, 29) que comunica el dispositivo de separación de gotas o downcomer (18, 25) con el interior de la carcasa (14).

En un primer ejemplo de realización preferente mostrado en la Figura 5, el dispositivo de separación de gotas o downcomer (18) comprende un conducto central (21 ) por donde asciende la mezcla de vapor de agua (4) y gotas de agua líquida (22).

Existe un primer conducto concéntrico (35) al conducto central (21 ), de mayor diámetro. Dicho primer conducto concéntrico (35) está cerrado en su parte superior. El fluido asciende por el conducto central (21 ) hasta encontrar el cierre de la parte superior del conducto concéntrico (35), que fuerza el cambio de sentido del flujo para que descienda por la holgura radial que existe entre el conducto central (21 ) y el primer conducto concéntrico (35). Cuando el fluido llega a la parte inferior del primer conducto concéntrico (35) se produce la separación entre el vapor de agua (4) y las gotas de agua líquida (22). Las gotas de agua líquida (22) retornan al interior de la carcasa (14) por un conducto de retorno (24), mientras que el vapor de agua (4) modifica nuevamente su sentido de flujo y asciende por la holgura radial existente entre el primer conducto concéntrico (35) y un segundo conducto concéntrico (23).

Cuando el vapor de agua (4) llega al cierre superior del segundo conducto concéntrico (23), se ve forzado a pasar a través de unos orificios practicados en la pared de este conducto, para llegar a un colector (36) de salida unido a un conducto de salida (19) por donde saldrá el vapor de agua (4).

En un segundo ejemplo de realización preferente mostrado en la Figura 6, el dispositivo de separación de gotas o downcomer (25) comprende un conducto central (26) por donde asciende la mezcla de vapor de agua (4) y gotas de agua líquida (22) que se encuentra rodeado de un conducto concéntrico (27) de mayor diámetro. Este conducto concéntrico (27) se encuentra separado en dos partes mediante al menos un propulsor estático (28) que impide el paso de las gotas de agua líquida (22) que descienden por un conducto de retorno (29) que comunica el dispositivo de separación de gotas o downcomer (25) con interior de la carcasa (14). El propulsor estático (28) permite el paso del vapor de agua (4) para su salida del dispositivo de separación de gotas o downcomer (25) por un conducto de salida (19).

Adicionalmente, el reactor de oxidación preferencial comprende dos sensores de nivel, un sensor de nivel superior (31 ) y un sensor de nivel inferior (32), donde preferentemente el sensor de nivel inferior (32) se encuentra dispuesto en el primer intercambiador de calor (1 ) y el sensor de nivel superior (31 ) se encuentra dispuesto en el dispositivo de separación de gotas o downcomer (18, 25).

En condiciones nominales de operación, el nivel de agua se mantiene en la posición del sensor de nivel superior (31 ), garantizándose que todos los tubos de los intercambiadores de calor (1 , 10, 12) están sumergidos en agua líquida para los distintos grados de inclinación requeridos por el tipo de aplicación naval o marina, donde preferentemente los grados de inclinación máximos son de ±45° respecto al plano horizontal. Durante el arranque del reactor, cuando se está calentando hasta su temperatura de operación, el nivel de agua líquida se mantiene en la posición del sensor de nivel inferior (32), con el objetivo de favorecer el calentamiento rápido del equipo. El reactor de oxidación preferencial así configurado permite reducir la concentración de CO de una corriente de gases con una concentración alta de H 2 con una concentración inicial de CO de hasta 1 %v (base seca) para un caudal nominal de hasta 945 kg/h, preferentemente de hasta 465 kg/h a una temperatura preferentemente 300 y 350°C, a niveles de entre 5 y 20 ppmv (base seca), lo que hace posible utilizar dicha corriente de gases con una concentración alta de H 2 para alimentar una pila de combustible tipo PEM de hasta 600 Kw, preferentemente de hasta 300 kW, a la vez que se genera un caudal de 1 10-200 kg/h de vapor de agua saturado a una temperatura en el intervalo 1 10 °C-160 °C, preferentemente en el intervalo 130 °C-140 °C, todo ello con un reactor de un volumen inferior a 0,45 m 3 , preferentemente inferior a 0,3 m 3 Además, en condiciones de trabajo, el caudal puede ser del orden del 20-25% del caudal nominal.