Een revolutie in Reformer-buizen: OMEGA

Naarmate de wereldwijde vraag naar waterstof, syngas en ammoniak toeneemt, is het verbeteren van de efficiëntie van stoomreformerovens een prioriteit geworden. Om deze uitdagingen het hoofd te bieden, heeft Paralloy de Omega-technologie ontwikkeld: een geavanceerd ontwerp voor reformerbuizen dat de warmteoverdracht, de gasturbulentie en de procesefficiëntie verbetert. Dr. Dominique Flahaut, onze technisch directeur Petrochemie van de groep, gaat in op de praktische implicaties van Omega-reformerbuizen.  

Stoomreforming is het belangrijkste industriële proces voor de productie van waterstof en syngas, waarbij koolwaterstoffen (meestal methaan) in aanwezigheid van een katalysator met stoom reageren om waterstof te produceren. Deze reactie vindt plaats in reformerbuisjes bij hoge temperatuur, waar een efficiënte warmteoverdracht van cruciaal belang is voor het handhaven van een optimale reactiekinetiek. 

Traditionele reformerbuizen hebben echter te kampen met: 

• Inefficiënte warmteoverdracht: De warmteoverdracht binnen de reformerbuis hangt samen met het oppervlak van de buis, dat glad is, waardoor de totale warmteoverdracht van de buis naar het gas wordt beperkt. Daardoor is de warmteoverdracht die nodig is om de reactie in stand te houden niet optimaal. De energie-efficiëntie wordt niet gemaximaliseerd.  
• Hoog brandstofverbruik: Door de beperkte warmteoverdrachtsefficiëntie is er meer brandstof nodig om de vereiste temperaturen voor het reformeringsproces op peil te houden. Dit leidt tot een aanzienlijk brandstofverbruik, waardoor de exploitatiekosten hoog blijven.  
• Grotere CO₂-voetafdruk: De hoge energiebehoefte en de afhankelijkheid van fossiele brandstoffen dragen bij aan een grotere CO₂-voetafdruk. De buitensporige CO₂-uitstoot die bij het proces vrijkomt, leidt tot milieuproblemen, vooral nu de industrie op zoek is naar groenere alternatieven. 
• Beperkingen van de katalysatorprestaties: De effectiviteit van katalysatoren in het reformeringsproces wordt beïnvloed door de gastemperatuur, die op haar beurt weer afhangt van de efficiëntie van de warmteoverdracht. Hoewel recente ontwikkelingen op het gebied van katalysatorontwikkeling zich hebben gericht op het verbeteren van de prestaties van de katalysator zelf, blijft er een aanzienlijke beperking bestaan in de warmteoverdracht van de buis naar het gas. Het aanpakken van dit probleem is cruciaal om het volledige potentieel van katalysatoren te benutten.  

Om deze uitdagingen het hoofd te bieden, heeft Paralloy een innovatieve aanpak toegepast bij het ontwerp van buizen, waardoor de warmteoverdracht, de gasturbulentie en de procesefficiëntie worden verbeterd. 

OMEGA Technology 

Profileringstechniek van het binnenoppervlak voor een optimale warmteoverdracht 

De Omega-reformerbuis heeft een geprofileerd binnenoppervlak, waardoor het binnenoppervlak met meer dan 50% wordt vergroot. Dit grotere oppervlak maakt het volgende mogelijk: 

• Betere warmteopname: Door het vermogen van de katalysator om warmte op te nemen met Omega te verbeteren, kan de thermische efficiëntie aanzienlijk worden verhoogd. Dit betekent dat de katalysator bij hogere temperaturen effectiever kan werken, wat leidt tot snellere reactiesnelheden en hogere opbrengsten in het reformeringsproces. Een betere warmteopname draagt ook bij aan een beter energiegebruik, waardoor het totale systeem efficiënter wordt.  
• Effectievere warmteoverdracht: Het optimaliseren van de warmteoverdracht van de buiswand naar het procesgas is cruciaal voor het maximaliseren van de reformeringsprestaties. Door gebruik te maken van het innovatieve ontwerp van Omega kunnen we de warmtegeleiding verbeteren en ervoor zorgen dat de warmte efficiënt aan het gas wordt overgedragen. Deze verbetering vermindert niet alleen de hoeveelheid brandstof die nodig is om optimale temperaturen te handhaven, maar verlaagt ook de exploitatiekosten en minimaliseert de impact op het milieu. 

Gasturbulentie voor een verbeterde reactiekinetiek 

Traditionele buizen met gladde wanden zorgen voor een meer laminaire gasstroom, waardoor het contact tussen de gasmodules en de buiswanden wordt beperkt. Omega-buizen zijn voorzien van interne groeven, die gasturbulentie veroorzaken, wat leidt tot:  

• Betere warmtepenetratie naar het midden van de buis: Door met Omega de warmtepenetratie binnen de buis te verbeteren, kunnen temperatuurgradiënten aanzienlijk worden verminderd. Dit zorgt ervoor dat de warmte gelijkmatiger over de gehele dwarsdoorsnede van de buis wordt verdeeld, waardoor hotspots en koude zones worden voorkomen die het reformeringsproces en de betrouwbaarheid van de buis negatief kunnen beïnvloeden. Hierdoor wordt de algehele thermische stabiliteit van het systeem verbeterd, wat leidt tot consistentere prestaties en een langere levensduur van de buis.  
• Een gelijkmatigere temperatuur in het katalysatorbed: Het bereiken van een gelijkmatigere temperatuur in het katalysatorbed is cruciaal voor het verbeteren van de reactie-efficiëntie. Wanneer de temperatuur constant is, kan de katalysator optimaal functioneren, wat effectievere chemische reacties mogelijk maakt. Deze gelijkmatigheid draagt bij aan het maximaliseren van de omzettingsgraden van het procesgas en zorgt ervoor dat het volledige potentieel van de katalysator wordt benut, waardoor uiteindelijk de totale opbrengst aan waterstof en syngas wordt verbeterd.  
• Snellere gasverwarming: Door de warmteoverdrachtsmechanismen te optimaliseren, kan het procesgas sneller worden verwarmd. Deze versnelling van het verwarmingsproces verkort niet alleen de tijd die nodig is om optimale reactiesnelheden te bereiken. Hierdoor neemt ook de waterstofproductie toe, waardoor het proces efficiënter en economisch haalbaarder wordt. Snellere gasverwarming draagt bij aan een dynamischer en responsiever systeem, waardoor het reformeringsproces beter kan worden geregeld.  

Testresultaten van laboratoriumreforming 

Uit laboratoriumtests met reformerbuisjes van 300 mm lengte blijkt keer op keer dat de warmteoverdrachtscoëfficiënt bij Omega-buisjes ten opzichte van gangbare reformerbuisjes met minimaal 10% is verbeterd (het dubbele van de aanvankelijke verwachtingen), en dit geldt voor alle vormen en afmetingen van katalysatoren. Deze hogere warmteoverdrachtsefficiëntie bevestigt het potentieel om de procesgastemperaturen te verhogen, waardoor de prestaties van de reformer en het katalysatorrendement worden verbeterd.  

Prestatievoordelen van Omega-technologie 

Verhoogde efficiëntie van de reformerbuis 

De verbeterde warmteoverdrachtseigenschappen van Omega-buizen leveren een aantal belangrijke operationele voordelen op:  

• Lagere temperaturen aan de buiswanden: De verbeterde warmteoverdracht zorgt voor lagere temperaturen aan de buiswanden. Dit verlengt niet alleen de levensduur van de buizen door thermische spanning en slijtage tot een minimum te beperken, maar leidt ook tot lagere onderhoudskosten. Doordat er minder vaak reparaties en vervangingen nodig zijn, wordt de algehele operationele efficiëntie verbeterd. 
• Hogere doorstroomhoeveelheden van procesgas: Dankzij een betere warmteoverdracht kan het systeem hogere doorstroomhoeveelheden van procesgas aan. Deze toename van de doorstroomhoeveelheden draagt rechtstreeks bij aan een grotere productie van syngas en waterstof, waardoor de totale opbrengst van het reformeringsproces toeneemt. De mogelijkheid om grotere volumes efficiënt te verwerken, kan de productiviteit en winstgevendheid aanzienlijk verhogen.  

• Verbeterde compatibiliteit met hoogwaardige katalysatoren: De geoptimaliseerde warmteoverdrachtsomgeving zorgt voor een betere integratie met hoogwaardige katalysatoren. Deze compatibiliteit leidt tot efficiëntere reformeringsreacties, aangezien de katalysatoren onder optimale omstandigheden kunnen werken. Het resultaat is een hogere reactiesnelheid en een hogere opbrengst van de gewenste producten, waardoor het proces effectiever en economisch voordeliger wordt.  

Economische voordelen: brandstofbesparing en kostenverlaging 

Dankzij de verbeterde warmteoverdrachtsefficiëntie van Omega-buizen kunnen reformerovens op lagere stookvermogens werken, terwijl dezelfde hoeveelheid waterstof of syngas wordt geproduceerd. Dit leidt tot directe brandstofbesparingen, wat aanzienlijke kostenbesparingen oplevert.  

Casestudie: Brandstofbesparingen bij een grootschalig reformeringsproces: In deze casestudie wordt gekeken naar het effect van verbeterde warmteoverdrachtseigenschappen in een grootschalig reformeringsproces, waarbij de nadruk ligt op brandstofbesparingen die worden gerealiseerd door een hogere efficiëntie.  

Verlaging van het brandstofverbruik: De onderneming realiseerde een brandstofverbruiksverlaging van naar schatting 2%. Deze op het eerste gezicht bescheiden verbetering kan op termijn tot aanzienlijke besparingen leiden, met name bij grootschalige activiteiten waar brandstofkosten een belangrijke kostenpost vormen.  

Jaarlijkse brandstofbesparing: De daling van het brandstofverbruik leidt tot een indrukwekkende besparing van 128.000 per jaar. Dit aanzienlijke cijfer onderstreept de doeltreffendheid van de doorgevoerde veranderingen bij het optimaliseren van het reformerproces.  

Kostenbesparing: Met een jaarlijkse besparing van 128.000 miljoen Btu realiseerde de onderneming een kostenbesparing op aardgas van $537.600, uitgaande van een veronderstelde prijs van $4,2 per miljoen Btu. Dit financiële voordeel onderstreept de economische voordelen van het verbeteren van de warmteoverdrachtsefficiëntie en laat zien hoe operationele verbeteringen tot aanzienlijke kostenbesparingen kunnen leiden.  

Milieu-impact: vermindering van de CO₂-uitstoot 

Door het lagere brandstofverbruik dragen Omega-buizen bij aan een aanzienlijke vermindering van de CO₂-uitstoot, wat aansluit bij de wereldwijde inspanningen om de CO₂-uitstoot terug te dringen.  

Casestudy: Vermindering van de CO₂-uitstoot 

In deze casestudy wordt ingegaan op de aanzienlijke milieu- en economische voordelen die zijn behaald door een verbeterde operationele efficiëntie in een reformeringsproces, waarbij de nadruk ligt op de vermindering van de CO₂-uitstoot.  

Jaarlijkse vermindering van de CO₂-uitstoot: De vestiging is erin geslaagd haar jaarlijkse CO₂-uitstoot met 7.060 ton te verminderen. Deze aanzienlijke daling draagt niet alleen bij aan een kleinere CO₂-voetafdruk, maar sluit ook aan bij de wereldwijde inspanningen om klimaatverandering tegen te gaan en te voldoen aan wettelijke vereisten.  

Kostenbesparingen door CO₂-reductie: De vermindering van de CO₂-uitstoot leidt tot een totale kostenbesparing van 706.000 euro per jaar, uitgaande van een veronderstelde CO₂-prijs van 100 euro per ton. Dit financiële voordeel onderstreept de economische voordelen van het doorvoeren van strategieën die de uitstoot verlagen, en toont aan dat milieubewust handelen ook tot aanzienlijke kostenbesparingen kan leiden.  

Kortom, deze casestudy illustreert het dubbele voordeel van het terugdringen van de CO₂-uitstoot bij een grootschalig reformeringsproces. De aanzienlijke daling van de uitstoot draagt niet alleen bij aan duurzaamheidsdoelstellingen, maar leidt ook tot aanzienlijke financiële besparingen.  

Dankzij deze milieuvoordelen zijn Omega-buizen een ideale oplossing voor bedrijven die streven naar duurzaamheid en ESG-doelstellingen (milieu, maatschappij en bestuur).  

Conclusie 

De Omega-technologie van Paralloy betekent een aanzienlijke vooruitgang op het gebied van het ontwerp van reformerbuizen en biedt:  

• Een verbetering van de warmteoverdrachtscoëfficiënt met ten minste 10%; 
• Lager brandstofverbruik (-2%) 
• Lagere CO₂-uitstoot (-2%) 
• Langere levensduur van de reformerbuis en verbeterde katalysatorefficiëntie 
• Mogelijkheden voor nieuwe reactorontwerpen, waarmee de industriële efficiëntie kan worden geoptimaliseerd. 

Door de belangrijkste uitdagingen op het gebied van stoomreforming aan te pakken, biedt de Omega-technologie van Paralloy een technisch en economisch voordeel voor bedrijven die hun prestaties willen verbeteren en tegelijkertijd hun impact op het milieu willen verminderen.  

Voor waterstofproducenten, ammoniakfabrieken en producenten van syngas zetten de reformerbuisjes van Omega een nieuwe industriestandaard neer en zorgen ze voor een duurzame, kostenefficiënte en toekomstbestendige aanpak van reformering bij hoge temperaturen.