專利名稱：從低溫廢熱中借助熱量回收生成工藝氣體的制作方法
從低溫廢熱中借助熱量回收生成工藝氣體本發(fā)明涉及對含烴原料(AusgangsstofTe)進(jìn)行蒸汽轉(zhuǎn)化(Dampf-reformierung) 的方法，尤其涉及借助低溫廢熱(Niedertemperaturabwarme)中的熱量回收
(Warmeriickgewinnung )來生成工藝氣體(Prozessgas-erzeugung)。本發(fā)明關(guān)系至Ll更
好地利用在蒸汽轉(zhuǎn)化過程中生成的、包含工藝氣體的氫氣和水蒸氣中的能量。此外，本發(fā)明的目標(biāo)還應(yīng)該有一種執(zhí)行依照本發(fā)明的方法的設(shè)備(Vorrichtimg)。在蒸汽轉(zhuǎn)化過程中，由水蒸汽和含烴原料組成的反應(yīng)混合物被轉(zhuǎn)化成富含氫氣的工藝氣體。該工藝氣體以高于100°c的溫度離開蒸汽轉(zhuǎn)化過程。大多數(shù)情況下，其溫度介于 700至1000°C這一范圍內(nèi)。為了進(jìn)一步加工工藝氣體的目的，必須對例如能夠通過壓力交變吸附或半透膜工藝由氫含量的提純和/或提高中產(chǎn)生的工藝氣體進(jìn)行冷卻。繼續(xù)加工所要求的溫度大多數(shù)情況下都介于20°C至50°C的范圍內(nèi)。在每個冷卻步驟之間還能夠包括其他反應(yīng)步驟，例如一氧化碳與水反應(yīng)生成二氧化碳和氫氣。從專利文獻(xiàn)中可知已有各種各樣的方式(Ansatze)來利用工藝氣體中包含的熱量，用來加熱反應(yīng)過程自身需要的材料和/或過程中其他的材料。特別地，所含熱量經(jīng)常被用于借助換熱(WSrmeaustausch )鍋爐給水(Kesselspeisewasser)來為蒸汽轉(zhuǎn)化過程進(jìn)行預(yù)熱。在合成氣體設(shè)備上所集成的、典型常規(guī)的熱量回收方法中，工藝氣體中的熱量一般按以下方式使用，即首先在廢熱鍋爐(AbwSrmeheizkessel)中生成高壓蒸汽 (Hochdruckdampf)，并且工藝氣體在一氧化碳轉(zhuǎn)化單元(CO-Konversionseinheit)內(nèi)轉(zhuǎn)化為二氧化碳和氫氣。然后，通常要經(jīng)過各種換熱器，例如用來加熱含烴原料、鍋爐給水和/或補(bǔ)給水(Make-Up wasser)。其余包含在工藝氣體中的熱量隨后大多通過冷卻段(KUhlstrecke)排出到周圍環(huán)境中。掉落在冷卻段中的冷凝物將被送到水處理單元 (Wasseraufbereitungseinheit)，在這里與補(bǔ)給水混合在一起，緊接著被導(dǎo)入到鍋爐給水預(yù)熱器內(nèi)，然后被加熱的水流被導(dǎo)入蒸汽生成系統(tǒng)中。熱量回收的傳統(tǒng)方法的缺點在于，離開一氧化碳轉(zhuǎn)化單元的工藝氣體的熱量中的大部分是發(fā)生在潮濕氣體冷凝時產(chǎn)生的熱量。冷凝物通過進(jìn)一步的冷卻要承受收縮效應(yīng) (Pinch-Effekt)，由此，回收所包含的熱量變得十分困難，并且相當(dāng)大的一部分熱量通過冷卻段被排到周圍環(huán)境中。此外，通過兩部分流體溫度的近似來定義收縮效應(yīng)，這樣一來，避免了兩部分流體之間的溫度差，還使得熱交換的驅(qū)動力最小化。由此工藝氣體中非常多的能量因為不被利用而白白損失掉。US 2006/0231463 Al公開了避免這一問題的解決方案。其中，水被加熱并輸送給水處理單元。來自該單元的第一股水流被送到低壓蒸汽生成器，第二股水流被送到第一鍋爐給水預(yù)熱器。兩個設(shè)備部分中均有要進(jìn)行熱交換的工藝氣體流過。從第一鍋爐給水預(yù)熱器中流出的、在其中產(chǎn)生的水流被分為兩部分水流，并被送到兩個另外的鍋爐給水預(yù)熱器， 這兩個鍋爐給水預(yù)熱器中的第一個在下文中用鍋爐給水預(yù)熱器1標(biāo)注，其中同樣有要進(jìn)行熱交換的工藝氣體流過，而第二個在下文中用鍋爐給水預(yù)熱器2標(biāo)注，其中有要進(jìn)行熱交換的廢氣流過。在最后所提到的這兩個鍋爐給水換熱器中生成的水流隨后被向著蒸汽生成器弓I導(dǎo)。這套系統(tǒng)的不足之處在于，有工藝氣體流過的鍋爐給水預(yù)熱器1中的熱交換要承受收縮效應(yīng)，如此一來，所希望的傳熱僅在很有限的程度上進(jìn)行。通常認(rèn)為，流經(jīng)該單元的鍋爐給水的量越大，能夠被利用的熱量收益也就越大。然而，在流過鍋爐給水預(yù)熱器1之前將水流分流成有限量的鍋爐給水，其流過所述單元，并因此相當(dāng)一部分包含在工藝氣體中的熱量通過一般由空氣冷卻器實現(xiàn)的冷卻段排到周圍環(huán)境中，并且因此未被利用而損失掉。此外，廢氣中的一部分熱量被用來加熱鍋爐給水。廢氣中的熱量部分不再被用作原來的蒸汽生產(chǎn)。US 2006/0231463 Al中將各個裝備件互連的其他缺點在于，應(yīng)該由包含在工藝氣體中的熱量來加熱那些之后被送到水處理單元的、有待加熱的水。水處理單元通常由干餾器構(gòu)成。其大多工作在近似大氣環(huán)境下或在輕度超壓，典型為小于^ar (絕對壓強(qiáng)) 環(huán)境下，使得盡可能多的氧氣和其他氣體從水中分離。在設(shè)想中，水處理單元的水輸入流 (Wasser -Zulaufstrom)的溫度典型地限定在80°C到95°C。在技術(shù)上，輸入水流能夠通過包含在工藝氣體的熱量加熱到大于100°C的溫度。因此，在這里就必須提供一控制裝置，用來使水處理單元的輸入流的溫度不超過95°C這個界限。這樣工藝氣體的熱量不能全部被利用，所包含的剩余熱量最后不被利用地排到周圍環(huán)境中。本發(fā)明是在上述技術(shù)背景下進(jìn)一步完善的，其中本發(fā)明的任務(wù)是提出工藝氣體的制作方法，該方法中，上述在回收包含在工藝氣體中的熱量時遇到的問題不再出現(xiàn)，并且將熱量回收設(shè)計得更有效。此外，在本發(fā)明的目標(biāo)中還要公開一種實施根據(jù)本發(fā)明的方法的
直O(jiān)在借助蒸汽對含烴原料進(jìn)行蒸汽轉(zhuǎn)化時，通過使用利用熱量的方法將實現(xiàn)本發(fā)明的目的，其中，在蒸汽轉(zhuǎn)化器中生成具有第一熱量的工藝氣體，以及具有第二熱量的廢氣， 包括至少六個換熱器、水處理單元、冷卻段、高溫轉(zhuǎn)換單元、至少兩個用來壓力提升的單元、 至少一個負(fù)載和至少一個用來進(jìn)一步加工所得工藝氣體的單元。所生成的、含有第一熱量的工藝氣體首先經(jīng)過高溫轉(zhuǎn)換單元，在其中大部分轉(zhuǎn)化生成二氧化碳和氫氣，之后生成的含有熱量的工藝氣體為進(jìn)一步熱傳遞被導(dǎo)入第一換熱器，并在隨后流過至少兩個其他的換熱器，這些換熱器被當(dāng)作鍋爐給水預(yù)熱器、產(chǎn)物冷凝換熱器或低壓蒸發(fā)器工作，并且它們以任意次序彼此相連在一起，其中通過將熱能從水處理單元傳遞到鍋爐給水流的一部分上， 從低壓蒸發(fā)器所得的工藝氣體首先被導(dǎo)入進(jìn)其他鍋爐給水預(yù)熱器，之后，所得工藝氣體經(jīng)過冷卻段，在這里工藝氣體被進(jìn)一步冷卻并生成冷凝物流，最后被導(dǎo)入至少一個用來進(jìn)一步加工所得工藝氣體的單元。隨后，為了加熱，將去離子水流導(dǎo)入進(jìn)第二換熱器。來自第二換熱器的去離子水流為了排氣而被導(dǎo)入水處理單元，來自水處理單元的鍋爐給水流經(jīng)過用于使壓力提升的單元并被分流，其中，鍋爐給水流的第一部分被導(dǎo)入低壓蒸發(fā)器，在其中生成低壓蒸汽，并且所得低壓蒸汽被分流，為了傳熱將低壓蒸汽的第一部分流體輸送到水處理單元，低壓蒸汽的第二部分流體被導(dǎo)入至少一個負(fù)載。低壓蒸汽的第二部分流體還能用來預(yù)熱其他一些應(yīng)用介質(zhì)，例如液態(tài)的進(jìn)料，或者提供給在裝置之外的應(yīng)用。為了傳輸能量的目的將鍋爐給水流的第二部分通過第二換熱器弓I導(dǎo)，接著為了借助包含在工藝氣體中的熱量來加熱通過一個或多個鍋爐給水預(yù)熱器，并最后被導(dǎo)入蒸汽生成器。水處理單元主要在除氧器中去除掉去離子水中大部分的氧氣。接下來還能加入其他一些配量劑(Dosierungsmittel)，例如為了調(diào)節(jié)pH值而加入氨。在這一處理中所得到的產(chǎn)物被稱作鍋爐給水。從冷卻段得到的冷凝物流為了借助包含在工藝氣體中的熱量來加熱通過用于壓力提升的單元被導(dǎo)入產(chǎn)物冷凝換熱器中，之后實現(xiàn)冷凝物流的進(jìn)一步加熱。優(yōu)選地，來自第一換熱器的工藝氣體首先流過第一鍋爐給水預(yù)熱器，在其中將熱能傳遞給鍋爐給水流，之后流過產(chǎn)物冷凝換熱器，在其中將熱能傳遞給冷凝物流，并從這里開始將所得工藝氣體導(dǎo)入低壓蒸發(fā)器，在其中借助所包含的熱量從鍋爐給水流產(chǎn)生低壓蒸汽，以便從這里開始繼續(xù)流過所定義的工藝鏈。在本發(fā)明另一個設(shè)計方案中，來自第一換熱器的工藝氣體首先流過第一鍋爐給水預(yù)熱器，在其中將熱能傳遞給鍋爐給水流，之后被導(dǎo)入低壓蒸發(fā)器，在其中借助所包含的熱量由鍋爐給水流產(chǎn)生低壓蒸汽，并且所得工藝氣體從那里流出并流過產(chǎn)物冷凝換熱器，在該產(chǎn)物冷凝換熱器中將熱能傳遞給冷凝物流，以便從這里開始繼續(xù)流過所定義的工藝鏈。來自第一換熱器的工藝氣體首先流過產(chǎn)物冷凝換熱器是有益的，在其中熱能被傳遞到冷凝物流上，工藝氣體從產(chǎn)物冷凝換熱器流出，并流過第一鍋爐給水預(yù)熱器，在其中熱能被傳遞到鍋爐給水流上，之后工藝氣體被導(dǎo)入低壓蒸發(fā)器，在其中借助所包含的熱量由鍋爐給水流產(chǎn)生低壓蒸汽，隨后如以上所述，所得工藝氣體繼續(xù)流過所定義的工藝鏈。在本發(fā)明另一個設(shè)計方案中，來自產(chǎn)物冷凝換熱器的工藝氣體首先流過第一鍋爐給水預(yù)熱器， 在其中熱能被傳遞到鍋爐給水流上，并在這之后，在工藝氣體被導(dǎo)入低壓蒸發(fā)器以前，通過另外一個產(chǎn)物冷凝換熱器，工藝氣體從低壓蒸發(fā)器流出后繼續(xù)流過所定義的工藝鏈。本發(fā)明設(shè)計方案中的另一種可能是，來自第一換熱器的工藝氣體首先流過產(chǎn)物冷凝換熱器，在其中熱能被傳遞到冷凝物流以及鍋爐給水流的部分流體上，并從那里流出并被導(dǎo)入低壓蒸發(fā)器，在其中借助所包含熱量由鍋爐給水流產(chǎn)生低壓蒸汽，所得工藝氣體隨后繼續(xù)流過所定義的工藝鏈。可選地，離開第一換熱器的工藝氣體為了進(jìn)一步傳熱被導(dǎo)入另一個鍋爐給水預(yù)熱器，該鍋爐給水預(yù)熱器由從鍋爐給水流的第二部分繼續(xù)分流所得的另一部分流體供應(yīng)并被繼續(xù)加熱，所述鍋爐給水流經(jīng)過水處理單元、壓力提升單元和第二鍋爐給水預(yù)熱器。優(yōu)選地，離開第一換熱器和/或其他鍋爐給水預(yù)熱器的工藝氣體被導(dǎo)入低溫轉(zhuǎn)換單元，在其中形成二氧化碳和氫氣，該二氧化碳和氫氣從低溫轉(zhuǎn)換單元流出，并進(jìn)入所定義的工藝鏈的其他換熱器中的一個。在本發(fā)明另一個設(shè)計方案中，流過換熱器的工藝氣體接下來通過分離器 (Separator)引導(dǎo)，并且生成的液態(tài)流體被含有熱量的工藝氣體分離，并且與來自冷卻段以及來自其他分離器的冷凝物流匯集，這些混合物通過用于壓力提升的單元引導(dǎo)，并且最后通過用于借助包含在工藝氣體中的熱量進(jìn)行加熱的產(chǎn)物冷凝換熱器弓I導(dǎo)?？蛇x地，為了進(jìn)一步傳熱，工藝氣體繼續(xù)有目的地通過其他附加的換熱器引導(dǎo)，所述換熱器分別在流過低壓蒸發(fā)器之前和之后列入到本方法中。用于借助蒸汽進(jìn)行含烴原料的蒸汽轉(zhuǎn)化的相應(yīng)設(shè)備適合于按照權(quán)利要求1所述的方法來實施，其具有有工藝氣體流經(jīng)的系列設(shè)備(Apparateabfolge)，其中包括高溫轉(zhuǎn)化單元，至少四個換熱器，冷卻段和至少一個用于進(jìn)一步加工所得工藝氣體的單元，其中為了傳導(dǎo)工藝氣體，還設(shè)有將各個設(shè)備通過出氣口和進(jìn)氣口彼此相連的傳導(dǎo)裝置。此外，在用于氣體轉(zhuǎn)化的設(shè)備中還包含有其他換熱器，水處理單元，至少兩個壓力提升單元，至少一個負(fù)載，用于將去離子水流導(dǎo)入其他換熱器的設(shè)備，用于將去離子水流從其他換熱器傳送到水處理單元的設(shè)備，用于將離開水處理單元的鍋爐給水流傳送給壓力提升單元的設(shè)備，用于分流離開壓力提升單元的鍋爐給水流的設(shè)備，其中，為了向低壓蒸發(fā)器輸送鍋爐給水流的第一部分而設(shè)有第一輸送管道auleitimg)，并有從低壓蒸發(fā)器中排出生成的低壓蒸汽的排出管道(Ableitimg)，其包括將生成的低壓蒸汽的第一部分流體傳送到水處理單元的設(shè)備，和其他將生成的低壓蒸汽的第二部分流體傳送到其他負(fù)載的設(shè)備， 并且為了將鍋爐給水流的第二部分輸送到其他換熱器而設(shè)有第二輸送管道，并且在此處引出通向第二鍋爐給水預(yù)熱器的輸送管道，并在此處設(shè)有通向第一鍋爐給水預(yù)熱器或通向產(chǎn)物冷凝換熱器和/或直接通向其他蒸發(fā)器的排出管道，并設(shè)有用于通過壓力提升單元將從冷卻段流出的冷凝物流傳送到一個或多個產(chǎn)物冷凝換熱器的設(shè)備。為了工藝氣體的流通，系列設(shè)備有益地包括順序連接高溫轉(zhuǎn)換單元、第一換熱器、第一鍋爐給水預(yù)熱器、產(chǎn)物冷凝換熱器、低壓蒸發(fā)器、第二鍋爐給水預(yù)熱器、冷卻段和至少一個用來進(jìn)一步加工所得工藝氣體的單元，這些設(shè)備依上述順序連接。在本設(shè)備的另一個有益設(shè)計方案中，為了工藝氣體的流通，系列設(shè)備包括順序連接高溫轉(zhuǎn)換單元、第一換熱器、第一鍋爐給水預(yù)熱器、低壓蒸發(fā)器、產(chǎn)物冷凝預(yù)熱器、第二鍋爐給水預(yù)熱器、冷卻段和至少一個用來進(jìn)一步加工所得工藝氣體的單元，這些設(shè)備依上述順序連接。為了工藝氣體的流通，系列設(shè)備最好包括順序連接高溫轉(zhuǎn)換單元、第一換熱器、 產(chǎn)物冷凝換熱器、第一鍋爐給水預(yù)熱器、低壓蒸發(fā)器、第二鍋爐給水預(yù)熱器、冷卻段和至少一個用來進(jìn)一步加工所得工藝氣體的單元，這些設(shè)備依上述順序連接。優(yōu)選地，為了工藝氣體的流通，系列設(shè)備包括順序連接高溫轉(zhuǎn)換單元、第一換熱器、產(chǎn)物冷凝換熱器、低壓蒸發(fā)器、第二鍋爐給水預(yù)熱器、冷卻段和至少一個用來進(jìn)一步加工所得工藝氣體的單元，這些設(shè)備依上述順序連接，其中為了將鍋爐給水流的第一部分流體從第二鍋爐給水預(yù)熱器傳送到產(chǎn)物冷凝換熱器而設(shè)有一設(shè)備，并且為了將鍋爐給水流的第二部分流體從第二鍋爐給水預(yù)熱器中直接輸送到其他蒸汽生成器而設(shè)有另一設(shè)備。本發(fā)明的設(shè)計方案的另一種可能是，為了工藝氣體的流通，在系列設(shè)備中設(shè)有其他的第三個鍋爐給水預(yù)熱器，其進(jìn)氣口與第一換熱器的出氣口相連，其出氣口與可選的低溫轉(zhuǎn)換單元或之后的換熱器的進(jìn)氣口相連，并且，用于運(yùn)輸鍋爐給水的其他部分流體的設(shè)備通入該其他的第三鍋爐給水預(yù)熱器，所述鍋爐給水源自水處理單元和第二鍋爐給水預(yù)熱
ο在本設(shè)備的另一個實施方式中，為了工藝氣體的流通，在系列設(shè)備中設(shè)有低溫轉(zhuǎn)換單元，其進(jìn)氣口與第一換熱器或者其他的第三鍋爐給水預(yù)熱器的出氣口相連，其出氣口與隨后的換熱器相連。為了工藝氣體的流通，在系列設(shè)備中有益地設(shè)有其他分離機(jī)，其進(jìn)氣口與每個之前連接的換熱器的出氣口相連，并且其出氣口與在工藝鏈中各個之后的換熱器相連，并且分別具有用于所產(chǎn)生的液體的排出管道，并且所述液體流入用于將冷凝物流從冷卻段輸送到產(chǎn)物冷凝換熱器的設(shè)備中，并通過壓力提升單元弓I導(dǎo)。在本發(fā)明的另一個實施方式中，第二鍋爐給水預(yù)熱器集成在分離器內(nèi)，該分離器可選地配備有其他的設(shè)備和/或包裝，并設(shè)有排出管道，該排出管道將生成的工藝?yán)淠镙斔偷接糜趯⒗淠锪鲝睦鋮s段輸送到產(chǎn)物冷凝換熱器的設(shè)備中。根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的另一個可能設(shè)計方案是，為了工藝氣體的流通，在系列設(shè)備中設(shè)有另外附加的換熱器。有益的是，將用于空氣預(yù)熱的單元用作為負(fù)載以便預(yù)熱環(huán)境空氣，設(shè)有該負(fù)載是為了低壓蒸汽的流通。此外，還能夠有目的地設(shè)有壓力交變吸附單元或冷卻箱作為用于加工所得工藝氣體的單元。除此以外可選地，設(shè)有其他用于分流低壓蒸汽的第二部分流體的設(shè)備，從而設(shè)有用于空氣預(yù)熱的輸送管道，并且到達(dá)其他負(fù)載的輸送管道。隨后結(jié)合七幅附圖進(jìn)一步示例性地闡明本發(fā)明，其中

圖1 是在借助蒸汽進(jìn)行含烴原料的蒸汽轉(zhuǎn)化時利用熱量的過程的依照本發(fā)明的方法的示意圖。圖2 是如圖1所示在借助蒸汽進(jìn)行含烴原料的蒸汽轉(zhuǎn)化時為了利用熱量的方法中的換熱器的另一種可供選擇的連接方式。圖3 是在借助蒸汽進(jìn)行含烴原料的蒸汽轉(zhuǎn)化時為了利用熱量的另一種有益的方法變體，其中，在第一鍋爐給水預(yù)熱器之前的產(chǎn)物冷凝換熱器中通有工藝氣體。圖4 是所用換熱器彼此間連接的又一個實施例。其中，與圖1至圖3主要的區(qū)別在于放棄使用第一鍋爐給水預(yù)熱器。圖5 是對圖1的補(bǔ)充介紹，在其中連接了例如第三鍋爐給水預(yù)熱器、低溫轉(zhuǎn)換單元、附加的可選分離器、和換熱器。圖6 是根據(jù)圖1的工藝鏈中其他產(chǎn)物冷凝換熱器的額外集成。圖7A至D 工藝氣體降溫圖示介紹(虛線)以及通過發(fā)明方法連接的傳熱器對各個介質(zhì)的加熱表現(xiàn)(橫穿線)。圖1展示了借助蒸汽進(jìn)行含烴原料的蒸汽轉(zhuǎn)化時利用熱量的方法示意圖，其中， 生成的含有熱量的工藝氣體Ia首先流過高溫轉(zhuǎn)換單元2，在其中，一氧化碳中的一部分轉(zhuǎn)化成二氧化碳和氫氣。生成的含有熱量的工藝氣體Ib為了接著進(jìn)一步傳熱而被導(dǎo)入第一換熱器3。接下來含有熱量的工藝氣體Ic流過第一鍋爐給水預(yù)熱器4，其中，含在工藝氣體中的熱量傳遞到已經(jīng)預(yù)熱的鍋爐給水14e上，該鍋爐給水源自水處理單元13，并且已經(jīng)流過壓力提升單元25、換熱器16和鍋爐給水預(yù)熱器8。去離子水1 在換熱器16中加熱，并且已經(jīng)加熱的去離子水12b為了除掉氣體而被導(dǎo)入水處理單元3。對去離子水進(jìn)行預(yù)熱的好處是，換熱器的一面僅承受低壓力，并且由低合金鋼制成的部分產(chǎn)品就能勝任，如此就節(jié)約了成本。從中得到鍋爐給水14a，該鍋爐給水以上述方式被相應(yīng)地預(yù)熱。所得鍋爐給水 14f之后為了進(jìn)一步處理而被導(dǎo)入蒸汽生成器。從鍋爐給水預(yù)熱器4中得到的含有熱量的工藝氣體Id之后被導(dǎo)入產(chǎn)物冷凝換熱器5，在其中將熱量給予工藝?yán)淠?5a，該工藝?yán)淠锝?jīng)過壓力提升單元27并從冷卻段10中流出。已預(yù)熱的工藝?yán)淠? 之后用于進(jìn)一步加熱。工藝?yán)淠? 在冷卻段10的分離機(jī)(Abscheider)中獲得，該冷卻段例如由空氣冷卻器和水冷卻器共同組成，并在產(chǎn)物冷凝換熱器5中被再次加熱。這一方法能夠在接觸器(Kontaktapparat)中實施，該接觸器被水沖擊，其中通過直接冷卻將從工藝氣體中分離出來的水蒸氣的至少一部分冷凝，這部分隨后與用于冷卻的水中分離出來。通過應(yīng)用此類設(shè)備，工藝?yán)淠镞€將被進(jìn)一步預(yù)熱，其優(yōu)點在于，工藝?yán)淠锏念A(yù)熱溫度越高，就有越多的熱量能夠在廢氣中被其他介質(zhì)和蒸發(fā)器所利用。從產(chǎn)物冷凝換熱器5中得到的含有熱量的工藝氣體Ie隨后被導(dǎo)入低壓蒸發(fā)器6， 在其中，熱量傳遞到在水處理單元13中生成的、經(jīng)過壓力提升的鍋爐給水流14c的一部分上。如此獲得的低壓蒸汽19a以第一部分流體19b的形式重新回到水處理單元13中，與此同時，已加熱的鍋爐給水19c中的第二部分被供給負(fù)載，此處所述負(fù)載即為空氣預(yù)熱器18， 該空氣預(yù)熱器加熱之后被進(jìn)一步用作燃燒氣體20的環(huán)境空氣17。由低壓蒸發(fā)器6得到的含有熱量的工藝氣體If隨后被送到鍋爐給水預(yù)熱器8，在該鍋爐給水預(yù)熱器中，在被送進(jìn)鍋爐給水預(yù)熱器4之前，水處理單元13中生成的鍋爐給水的部分流體14d被進(jìn)一步預(yù)熱。由鍋爐給水預(yù)熱器8得到的工藝氣體Ig隨后流入冷卻段 10，在該冷卻段中，工藝氣體進(jìn)一步被冷卻并生成冷凝物流，冷凝物流1 被導(dǎo)入產(chǎn)物冷凝換熱器5。最后，冷凝出的含有熱量的工藝氣體Ih流過用于進(jìn)一步加工所得工藝氣體11的單元，該單元例如是壓力交變吸附單元，在其中，生成的氫氣從工藝氣體中被分離出來。圖2介紹了圖1所示方法的一種變體。圖1和圖2區(qū)別之處在于，離開鍋爐給水預(yù)熱器4的、含有熱量的工藝氣體Id首先流過低壓蒸發(fā)器6，接著流過產(chǎn)物冷凝換熱器5。 各個設(shè)備其他互連方式并不受影響。然而值得期待的是，通過圖1所示的變體有著更好的能量利用。圖3展示了另一個實施例。其與圖1的區(qū)別是，由換熱器3得到的含有熱量的工藝氣體Ic首先流過產(chǎn)物冷凝換熱器5，接著通過鍋爐給水預(yù)熱器4引導(dǎo)。各個設(shè)備其他互連方式并不受影響，并相應(yīng)地與圖1所示的系列設(shè)備相符。在圖4中完全放棄使用鍋爐給水預(yù)熱器4。在這里，來自換熱器3的含有熱量的工藝氣體Ic被導(dǎo)入產(chǎn)物冷凝換熱器5，從這里所得含有熱量的工藝氣體Id流過有鍋爐給水預(yù)熱器8跟隨的低壓蒸發(fā)器6。在鍋爐給水預(yù)熱器8中生成的已經(jīng)預(yù)熱的鍋爐給水He在本例中被分流，部分流體14f與工藝?yán)淠? 一起通過產(chǎn)物冷凝換熱器5給出，以便承受進(jìn)一步的預(yù)熱。已預(yù)熱的鍋爐給水的第二部分流體14g為了制造蒸汽而給出。圖5在連接中采用了其他可選的設(shè)備，其對工藝有積極的作用。這通過與圖1的區(qū)別的描述和說明得到。此處，來自換熱器3的含有熱量的工藝氣體3被導(dǎo)入附加的鍋爐給水預(yù)熱器21，鍋爐給水預(yù)熱器被供應(yīng)鍋爐給水流的另一部分流體14g，而所述鍋爐給水流則在鍋爐給水預(yù)熱器8中被預(yù)熱。從中所得的加熱了的鍋爐給水14h同樣被導(dǎo)向蒸汽生成器，并且由此被利用。在該圖所示的實施例中，所得工藝氣體從鍋爐給水預(yù)熱器21流出之后被導(dǎo)入低溫轉(zhuǎn)換單元22，并在其中形成二氧化碳和氫氣。其中所得的含有熱量的工藝氣體Ie隨后如圖1所示，流過鍋爐給水預(yù)熱器4和產(chǎn)物冷凝預(yù)熱器5。從產(chǎn)物冷凝預(yù)熱器 5得到的工藝氣體Ig接下來進(jìn)入分離器23，在其中生成的工藝?yán)淠?5c從工藝氣體分離出來，并與其他工藝?yán)淠锪饕黄鹱鳛楣に嚴(yán)淠?5d通過用于壓力提升的單元27被導(dǎo)入
11產(chǎn)物冷凝換熱器5。另外，低壓蒸發(fā)器6和分離器7中有所得的含有熱量的工藝氣體Ih流過。來自分離器7的冷凝物流15e同樣與其他從整個工藝中得到的冷凝物流15d —起導(dǎo)入產(chǎn)物冷凝換熱器5。從低壓蒸發(fā)器6中得到的低壓蒸汽19a被分流成三部分。其中，低壓蒸汽的部分流體1%被導(dǎo)入水處理單元13，19c被導(dǎo)入空氣預(yù)熱器18，19d被導(dǎo)入另外的負(fù)載沈。在分離器7之后，為了進(jìn)一步傳送能量連接有其他換熱器M。因此，在圖1中描述的工藝鏈，該工藝鏈包括鍋爐給水預(yù)熱器8、冷卻段10和壓力交變吸附單元11。在本實施例中，鍋爐給水預(yù)熱器8和冷卻段10之間設(shè)有其他換熱器9。圖6展示了圖1的另一種變體。其中，在流過產(chǎn)物冷凝換熱器5之前，源自冷凝段 10的工藝?yán)淠锪? 通過用于壓力提升的單元27，并通過其他附加的產(chǎn)物冷凝換熱器觀傳送。這樣帶來的好處是，產(chǎn)物冷凝會接受更多的熱量，這些熱量能夠被應(yīng)用到為其他介質(zhì)進(jìn)行的加熱上。在圖5中附加的設(shè)備能夠以如圖5所示的方式組合，但也能以單獨的組成部分集成在各個工藝鏈中。此外，不僅在圖1中作為設(shè)備集成的基礎(chǔ)，還在全部附圖中作為集成的基礎(chǔ)。由此可見，該工藝提供了許多選擇可能性，即令所述各個方法適配設(shè)備操作者的每個需求，并將相應(yīng)的設(shè)備配件嵌入已有的設(shè)備中的選擇。另外，還可能在新設(shè)備中實現(xiàn)方法變體的轉(zhuǎn)換。在尺寸合適的情況下，低壓蒸發(fā)器能夠裝備有安全翻轉(zhuǎn)裝置 (Sicherheitsreverse)，一旦發(fā)生斷電，工藝氣體通過低壓蒸汽的生成和排氣來冷卻。生成的低壓蒸汽能夠被額外地應(yīng)用在空氣預(yù)熱和水處理上，如上面所述，還例如能夠被應(yīng)用在 CO2工藝氣體清洗中的CO2熬煮(Auskochimg)上。在這里，生成的低壓蒸汽的溫度最大值為 200"C。隨后應(yīng)該結(jié)合計算示例展示改善后的能量利用，其被顯示為低壓蒸汽、鍋爐給水和冷凝物流的總和。此處，由背景技術(shù)中的典型連接出發(fā)，該連接以最少的設(shè)備裝配來工作，并出現(xiàn)在背景技術(shù)的傳統(tǒng)方法中。在這里，從圖1開始就放棄使用低壓蒸發(fā)器6以及鍋爐給水預(yù)熱器8，使得鍋爐給水流14d被直接導(dǎo)入鍋爐給水預(yù)熱器4。正如非常明顯的那樣， 本發(fā)明相比于這種典型的連接對能量利用有著很積極的影響，這應(yīng)根據(jù)隨后的表格得以展示。在這里，前面描述過的附圖中的一些作為計算的基礎(chǔ)。此處的出發(fā)點是，為了工藝氣體的流通，在系列設(shè)備中的前四個順序連接的換熱器之后連接有分離器。例如這是以工廠的生產(chǎn)能力為33455Nm3/h的氫氣作為出發(fā)點的。
權(quán)利要求
1.一種在借助蒸汽進(jìn)行含烴原料的蒸汽轉(zhuǎn)化時利用熱量的方法，其中，在蒸汽轉(zhuǎn)化器中生成具有第一熱量的工藝氣體，以及具有第二熱量的廢氣，包括有 至少六個換熱器、水處理單元、冷卻段、高溫轉(zhuǎn)換單元、至少兩個用于壓力提升的單元、至少一個負(fù)載、和至少一個用于進(jìn)一步加工所得工藝氣體的單元，其中， 所生成的、含有第一熱量的工藝氣體首先經(jīng)過所述高溫轉(zhuǎn)換單元，在其中大部分轉(zhuǎn)化生成二氧化碳和氫氣，之后所得的、含有熱量的工藝氣體為進(jìn)一步傳熱被導(dǎo)入第一換熱器， 并在隨后流過至少兩個其他的換熱器，所述換熱器被當(dāng)作鍋爐給水預(yù)熱器、產(chǎn)物冷凝換熱器或低壓蒸發(fā)器工作，并且所述換熱器以任意次序彼此前后順序連接，其中通過將熱能從所述水處理單元傳遞到鍋爐給水流的一部分上，由所述低壓蒸發(fā)器所得的工藝氣體首先被導(dǎo)入另一個鍋爐給水預(yù)熱器，之后，所得工藝氣體經(jīng)過冷卻段，在其中所述工藝氣體被進(jìn)一步冷卻并生成冷凝物流，最后被導(dǎo)入至少一個用來進(jìn)一步加工所得工藝氣體的單元， 為了加熱，將去離子水流導(dǎo)入第二換熱器，來自所述第二換熱器的去離子水流為了排去氣體而被導(dǎo)入所述水處理單元，來自所述水處理單元的鍋爐給水流經(jīng)過用于壓力提升的單元并被分流，其中， 所述鍋爐給水流的第一部分被導(dǎo)入所述低壓蒸發(fā)器，在其中生成低壓蒸汽，并且所生成的低壓蒸汽被分流，為了傳熱所述低壓蒸汽的第一部分流體傳遞到所述水處理單元，所述低壓蒸汽的第二部分流體被導(dǎo)入至少一個負(fù)載，以及 為了傳遞能量的目的，所述鍋爐給水流的第二部分通過所述第二換熱器引導(dǎo)，之后為了借助包含在工藝氣體中的熱量來加熱而通過一個或多個鍋爐給水預(yù)熱器，并最后被導(dǎo)入蒸汽生成器， 從冷卻段得到的冷凝物流為了借助包含在工藝氣體中的熱量來加熱通過用于壓力提升的單元被導(dǎo)入所述產(chǎn)物冷凝換熱器中，之后實現(xiàn)進(jìn)一步加熱。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，來自所述第一換熱器的工藝氣體首先流過第一鍋爐給水預(yù)熱器，在其中熱能被傳遞到所述鍋爐給水流上，之后流過產(chǎn)物冷凝換熱器，在其中熱能被傳遞到冷凝物流上，并由此開始將所得工藝氣體導(dǎo)入所述低壓蒸發(fā)器，在其中借助所包含的熱量從鍋爐給水流產(chǎn)生所述低壓蒸汽，以便從所述低壓蒸發(fā)器開始繼續(xù)流過所定義的工藝鏈。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，來自所述第一換熱器的工藝氣體首先流過所述第一鍋爐給水預(yù)熱器，在其中熱能被傳遞到所述鍋爐給水流上，之后被導(dǎo)入所述低壓蒸發(fā)器，在其中借助所包含的熱量由鍋爐給水流產(chǎn)生低壓蒸汽，并且所得工藝氣體從所述低壓蒸發(fā)器流出，并流過所述產(chǎn)物冷凝換熱器，在該產(chǎn)物冷凝換熱器中熱能被傳遞到冷凝物流上，以便從所述低壓蒸發(fā)器開始繼續(xù)流過所定義的工藝鏈。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，來自所述第一換熱器的工藝氣體首先流過所述產(chǎn)物冷凝換熱器，在其中熱能被傳遞到所述冷凝物流上，所述工藝氣體從所述產(chǎn)物冷凝換熱器流出，并流過所述第一鍋爐給水預(yù)熱器，在該所述第一鍋爐給水預(yù)熱器中熱量被傳遞到所述鍋爐給水流上，之后所述工藝氣體被導(dǎo)入低壓蒸發(fā)器，在其中借助所包含的熱量由所述鍋爐給水流產(chǎn)生低壓蒸汽，所得工藝氣體隨后繼續(xù)流過所定義的工藝鏈。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，來自所述產(chǎn)物冷凝換熱器的工藝氣體首先流過所述第一鍋爐給水預(yù)熱器，在其中熱能被傳遞到所述鍋爐給水流上，并之后在被導(dǎo)入所述低壓蒸發(fā)器以前，通過另一個產(chǎn)物冷凝換熱器，所述工藝氣體從所述低壓蒸發(fā)器流出后繼續(xù)流過所定義的工藝鏈。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，來自所述第一換熱器的工藝氣體首先流過所述產(chǎn)物冷凝換熱器，在其中熱能被傳遞到冷凝物流上以及被傳遞到所述鍋爐給水流的部分流體上，并從所述產(chǎn)物冷凝換熱器流出并被導(dǎo)入所述低壓蒸發(fā)器，在其中借助所包含的熱量由所述鍋爐給水流產(chǎn)生低壓蒸汽，所得工藝氣體隨后繼續(xù)流過所定義的工藝鏈。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項所述的方法，其特征在于，離開所述第一換熱器的工藝氣體為了進(jìn)一步傳熱而被導(dǎo)入另一個鍋爐給水預(yù)熱器，該鍋爐給水預(yù)熱器由從所述鍋爐給水流的第二部分繼續(xù)分流所得的另一部分流體供應(yīng)并被繼續(xù)加熱，所述鍋爐給水流經(jīng)過所述水處理單元、所述壓力提升單元和所述第二鍋爐給水預(yù)熱器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的方法，其特征在于，離開所述第一換熱器和/ 或其他鍋爐給水預(yù)熱器的工藝氣體被導(dǎo)入低溫轉(zhuǎn)換單元，在其中形成二氧化碳和氫氣，所述二氧化碳和氫氣從所述低溫轉(zhuǎn)換單元流出，并進(jìn)入所定義的工藝鏈的其他換熱器中的一個。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項所述的方法，其特征在于，流過換熱器的工藝氣體接下來通過分離器引導(dǎo)，并且生成的液態(tài)流體被含有熱量的工藝氣體分離，并且與來自所述冷卻段以及來自所述其他分離器的冷凝物流匯集，混合物通過用于壓力提升的單元引導(dǎo)，并且最后通過用于借助包含在工藝氣體中的熱量進(jìn)行加熱的產(chǎn)物冷凝換熱器弓I導(dǎo)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項所述的方法，其特征在于，為了進(jìn)一步傳熱所述工藝氣體通過其他附加的換熱器引導(dǎo)，所述換熱器分別在流過所述低壓蒸發(fā)器之前和之后列入到本方法中。
11.一種用于借助蒸汽進(jìn)行含烴原料的蒸汽轉(zhuǎn)化的設(shè)備，適合于按照權(quán)利要求1所述的方法來實施，其具有有工藝氣體流經(jīng)的系列設(shè)備，其中包括有 高溫轉(zhuǎn)化單元， 至少四個換熱器， 冷卻段，和 至少一個用于進(jìn)一步加工所得工藝氣體的單元，其中，為了傳導(dǎo)工藝氣體，還設(shè)有將各個設(shè)備通過出氣口和進(jìn)氣口彼此相連的傳導(dǎo)裝置；此外，還包含有 其他換熱器， 水處理單元， 至少兩個壓力提升單元， 至少一個負(fù)載， 用于將去離子水流導(dǎo)入所述其他換熱器的設(shè)備， 用于將所述去離子水流從所述其他換熱器傳送到所述水處理單元的設(shè)備， 用于將離開所述水處理單元的鍋爐給水流傳送給所述壓力提升單元的設(shè)備， 用于分流離開所述壓力提升單元的鍋爐給水流的設(shè)備， 其中， 為了向所述低壓蒸發(fā)器輸送鍋爐給水流的第一部分而設(shè)有第一輸送管道，并有從所述低壓蒸發(fā)器中排出生成的低壓蒸汽的排出管道，其包括將生成的低壓蒸汽的第一部分流體傳送到所述水處理單元的設(shè)備，和其他將生成的低壓蒸汽的第二部分流體傳送到其他負(fù)載的設(shè)備， 并且為了將鍋爐給水流的第二部分輸送到其他換熱器而設(shè)有第二輸送管道，并且在此處引出通向所述第二鍋爐給水預(yù)熱器的輸送管道，并此處設(shè)有通向所述第一鍋爐給水預(yù)熱器或通向產(chǎn)物冷凝換熱器和/或直接通向其他蒸發(fā)器的排出管道， 并設(shè)有用于通過壓力提升單元將從冷卻段流出的冷凝物流傳送到一個或多個產(chǎn)物冷凝換熱器的設(shè)備。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其特征在于，為了所述工藝氣體的流通，系列設(shè)備包括順序連接高溫轉(zhuǎn)換單元、第一換熱器、第一鍋爐給水預(yù)熱器、產(chǎn)物冷凝換熱器、低壓蒸發(fā)器、第二鍋爐給水預(yù)熱器、冷卻段和至少一個用來進(jìn)一步加工所得工藝氣體的單元，這些設(shè)備依上述順序連接。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其特征在于，為了所述工藝氣體的流通，系列設(shè)備包括順序連接高溫轉(zhuǎn)換單元、第一換熱器、第一鍋爐給水預(yù)熱器、低壓蒸發(fā)器、產(chǎn)物冷凝預(yù)熱器、第二鍋爐給水預(yù)熱器、冷卻段和至少一個用來進(jìn)一步加工所得工藝氣體的單元，這些設(shè)備依上述順序連接。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其特征在于，為了所述工藝氣體的流通，系列設(shè)備包括順序連接高溫轉(zhuǎn)換單元、第一換熱器、產(chǎn)物冷凝換熱器、第一鍋爐給水預(yù)熱器、低壓蒸發(fā)器、第二鍋爐給水預(yù)熱器、冷卻段和至少一個用來進(jìn)一步加工所得工藝氣體的單元，這些設(shè)備依上述順序連接。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其特征在于，為了所述工藝氣體的流通，系列設(shè)備包括順序連接高溫轉(zhuǎn)換單元、第一換熱器、產(chǎn)物冷凝換熱器、低壓蒸發(fā)器、第二鍋爐給水預(yù)熱器、第二換熱器、冷卻段和至少一個用來進(jìn)一步加工所得工藝氣體的單元，這些設(shè)備依上述順序連接，其中為了將所述鍋爐給水流的第一部分流體從所述第二鍋爐給水預(yù)熱器傳送到所述產(chǎn)物冷凝換熱器而設(shè)有一設(shè)備，并且為了將所述鍋爐給水流的第二部分流體從所述第二鍋爐給水預(yù)熱器中直接輸送到其他蒸汽生成器而設(shè)有另一設(shè)備。
16.根據(jù)權(quán)利要求11至15中任一項所述的設(shè)備，其特征在于，為了所述工藝氣體的流通，在系列設(shè)備中設(shè)有其他的第三個鍋爐給水預(yù)熱器，其進(jìn)氣口與所述第一換熱器的出氣口相連，其出氣口與可選的低溫轉(zhuǎn)換單元或之后的換熱器的進(jìn)氣口相連，并且，用于運(yùn)輸鍋爐給水的其他部分流體的設(shè)備通入所述其他的第三鍋爐給水預(yù)熱器，所述鍋爐給水源自所述水處理單元和第二鍋爐給水預(yù)熱器。
17.根據(jù)權(quán)利要求11至16中任一項所述的設(shè)備，其特征在于，為了所述工藝氣體的流通，在系列設(shè)備中設(shè)有低溫轉(zhuǎn)換單元，其進(jìn)氣口與所述第一換熱器的出氣口或者所述其他的第三鍋爐給水預(yù)熱器的出氣口相連，其出氣口與隨后的換熱器相連。
18.根據(jù)權(quán)利要求11至17中任一項所述的設(shè)備，其特征在于，為了所述工藝氣體的流通，在系列設(shè)備中設(shè)有其他分離機(jī)，其進(jìn)氣口與每個之前連接的換熱器的出氣口相連，并且其出氣口與在工藝鏈中各個之后的換熱器相連，并且所述分離機(jī)分別具有用于所產(chǎn)生的液體的排出管道，并且所述液體流入用于將冷凝物流從冷卻段輸送到產(chǎn)物冷凝換熱器的設(shè)備中，并通過壓力提升單元引導(dǎo)。
19.根據(jù)權(quán)利要求11至18中任一項所述的設(shè)備，其特征在于，所述第二鍋爐給水預(yù)熱器集成在所述分離器內(nèi)，該分離器可選地配備有其他的設(shè)備和/或包裝，并設(shè)有排出管道， 該排出管道將生成的工藝?yán)淠镙斔偷接糜趯⒗淠锪鲝睦鋮s段輸送到產(chǎn)物冷凝換熱器的設(shè)備中。
20.根據(jù)權(quán)利要求11至19中任一項所述的設(shè)備，其特征在于，為了工藝氣體的流通，在系列設(shè)備中設(shè)有另外附加的換熱器。
21.根據(jù)權(quán)利要求11至20中任一項所述的設(shè)備，其特征在于，將用于空氣預(yù)熱的單元作為負(fù)載以便預(yù)熱環(huán)境空氣，設(shè)有該負(fù)載是為了低壓蒸汽的流通。
22.根據(jù)權(quán)利要求11至21中任一項所述的設(shè)備，其特征在于，設(shè)有壓力交變吸附單元或冷卻箱作為用于加工所得工藝氣體的單元。
全文摘要
一種在蒸汽轉(zhuǎn)化時利用熱量的方法，包括有高溫轉(zhuǎn)換單元、第一換熱器、隨后的鍋爐給水預(yù)熱器、產(chǎn)物冷凝換熱器和低壓蒸發(fā)器、冷卻段，工藝氣體在冷卻段中進(jìn)一步冷卻生成冷凝物流，并且生成的工藝氣體為了進(jìn)一步加工通過至少一個單元引導(dǎo)。此外，去離子水流，水處理單元，其中鍋爐給水流的第一部分被導(dǎo)入低壓蒸發(fā)器，并且生成的低壓蒸汽均被分流，低壓蒸汽的第一部分為了熱傳遞而被導(dǎo)入水處理單元，低壓蒸汽的第二部分則被引導(dǎo)至至少一個負(fù)載。鍋爐給水流的第二部分將通過換熱器和一個或多個鍋爐給水預(yù)熱器引導(dǎo)，并在最后被引導(dǎo)至蒸汽生成器。來自冷卻段的冷凝物流通過用于壓力提升的單元被導(dǎo)入產(chǎn)物冷凝換熱器。
文檔編號C01B3/34GK102272039SQ200980154129
公開日2011年12月7日 申請日期2009年10月14日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月10日
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