Exergetic and Economic Improvement for a Steam Methane-Reforming Industrial Plant: Simulation Tool

Steam methane reforming (SMR) for hydrogen production was studied by simulating the reformer and pre-reformer sections. This simulation was validated by using available data taken from a real industrial plant, which enabled precise correlations with the real industrial process to be found. Moreover, the influence of the molar ratio between the raw materials (steam-to-carbon molar ratio, S/C) and the reformer outlet temperature (Tcc) was studied. The energy requirements for the reforming reaction increased with the S/C ratio. The energy needed for developing the reforming reaction also increased with Tcc, but the hydrogen yield when operating with a high S/C ratio and Tcc increased. In addition, an exergetic analysis was carried out to identify exergy losses in the SMR process, and most were destroyed in the chemical reactors. Increasing the combustion air flow was proposed for finding an optimum value for exergetic efficiency in the process, thereby reducing fuel consumption. Finally, there was a study into the economic viability of this investment, with a reduction of 22% in utility costs with the optimum exergetic valueSe estudió el reformado de metano con vapor (SMR) para la producción de hidrógeno mediante la simulación de las secciones del reformador y el prerreformador. Esta simulación se validó utilizando los datos disponibles tomados de una planta industrial real, lo que permitió encontrar correlaciones precisas con el proceso industrial real. Además, se estudió la influencia de la relación molar entre las materias primas (relación molar vapor-carbono, S/C) y la temperatura de salida del reformador ( T cc ). Los requerimientos de energía para la reacción de reformado aumentaron con la relación S/C. La energía necesaria para desarrollar la reacción de reformado también aumentó con T cc , pero el rendimiento de hidrógeno al operar con una relación S/C alta y T ccaumentó. Además, se realizó un análisis exergético para identificar pérdidas de exergía en el proceso SMR, siendo la mayoría destruidas en los reactores químicos. Se propuso aumentar el caudal de aire de combustión para encontrar un valor óptimo de eficiencia exergética en el proceso, reduciendo así el consumo de combustible. Finalmente, se realizó un estudio sobre la viabilidad económica de esta inversión, con una reducción del 22% en los costos de servicios públicos con el valor exergético óptim