專利名稱：加熱蒸汽的設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于加熱蒸汽的設(shè)備，該蒸汽由用于熱氣體的熱交換器中的冷卻水形成，該設(shè)備包括一個(gè)主熱交換器容器，其具有一個(gè)用于冷卻水的腔室，一個(gè)用于將被冷卻的氣體的入口，一個(gè)用于已被冷卻的氣體的出口，一個(gè)被加熱的蒸汽的出口，和一個(gè)用于保持產(chǎn)生的蒸汽的收集空間。至少一主蒸發(fā)器管道被設(shè)置在冷卻水的腔室中，在使用時(shí)，熱氣體流經(jīng)該管道。由于冷卻水和熱氣體之間經(jīng)蒸發(fā)器管道壁的熱交換，水蒸發(fā)，蒸汽形成。蒸汽向上流動(dòng)到用于保持已產(chǎn)生的蒸汽的收集空間。此蒸汽在第二管道-殼體式熱交換器容器，也稱作”“過熱器組件”中被進(jìn)一步加熱，該過熱器組件位于冷卻水腔室中。在這樣一個(gè)過熱器組件中，產(chǎn)生的蒸汽靠該氣體被加熱，該氣體已在主蒸發(fā)管道中被部分降溫。
這樣一種設(shè)備在EP-A-257719中有描述。其中公開的設(shè)備包括一個(gè)浸在水中的過熱器組件，包括一個(gè)殼體-管道式熱交換器，其中部分冷卻的氣體被供給到過熱器組件的管際空間，將蒸汽供給到過熱器組件的管道側(cè)。兩種流體在過熱器中接觸，以順流的方式操作。
申請(qǐng)人發(fā)現(xiàn)，當(dāng)根據(jù)EP-A-257719的設(shè)備被用于冷卻包括雜質(zhì)，如碳、灰和/或硫的氣體時(shí)，能夠發(fā)生泄漏，例如，通過將液體的或氣體的烴原料氣化而產(chǎn)生的合成氣體中就包含有雜質(zhì)。相信是設(shè)備的氣體側(cè)的結(jié)垢引起泄漏。雖然該設(shè)備定期清洗，仍存在泄漏問題。結(jié)垢，特別是當(dāng)合成氣體是由液體的烴，特別是重質(zhì)殘油的氣化而產(chǎn)生時(shí)，將導(dǎo)致該設(shè)備的熱交換能力隨著工作時(shí)間而逐漸降低。其結(jié)果是，離開熱交換器的過程氣體的溫度隨著工作時(shí)間而逐漸升高。如果離開主熱交換器設(shè)備的溫度超過某一特定溫度時(shí)，典型的是400-450℃時(shí)，傳輸主熱交換器下游的氣體的管道的溫度將會(huì)高到可能被損壞。因此，該設(shè)備不得不停止，以清洗管道。運(yùn)行過一段時(shí)間以后一個(gè)設(shè)備不得不清洗的這段運(yùn)行時(shí)間被稱作“循環(huán)時(shí)間”。
本發(fā)明的目的是提供一種用于加熱一冷卻一種熱氣體的熱交換器中的蒸汽的設(shè)備，其中循環(huán)時(shí)間被盡可能地延長(zhǎng)，和/或避免了泄漏問題。熱氣體特別是包括化合物的熱過程氣體，化合物引起該設(shè)備的熱交換器表面結(jié)垢。這樣的化合物特別是煙灰，和可選擇地是硫。這里的煙灰是指碳和灰。此目的由一加熱蒸汽的設(shè)備完成，該蒸汽由用于熱氣體的熱交換器中的冷卻水形成，該設(shè)備包括一個(gè)主熱交換器容器，其具有一個(gè)用于冷卻水的腔室、一個(gè)用于將被冷卻的氣體的入口、一個(gè)用于已被冷卻的氣體的出口、一個(gè)被加熱的蒸汽的出口、和一個(gè)用于保存產(chǎn)生的蒸汽的收集空間；至少一個(gè)主蒸發(fā)器管道，定位在冷卻水腔室中，與將被冷卻的氣體的入口流體連通，至少一蒸汽管道，用于經(jīng)所述收集空間的蒸汽出口，從保持產(chǎn)生的蒸汽的收集空間取走已產(chǎn)生的蒸汽，至少一個(gè)第二管道-殼體式熱交換器容器，“過熱器組件”，其定位在冷卻水腔室中，其中所產(chǎn)生的蒸汽通過來自主蒸發(fā)器管道的被部分冷卻的氣體被進(jìn)一步加熱，其中主蒸發(fā)器管道與過熱器組件的管道側(cè)流體連通，并且用于取走已產(chǎn)生的蒸汽的蒸汽管道與過熱器組件的管際空間流體連通，以及其中具有用于將水加入到已產(chǎn)生的進(jìn)入過熱器組件的蒸汽的裝置。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過在運(yùn)行時(shí)間期間，增加給產(chǎn)生的蒸汽添加的水的量，離開初熱交換器容器的熱氣體的溫度能夠保持在臨界溫度以下持續(xù)一更長(zhǎng)的時(shí)間。因此得到一種設(shè)備，其能夠在一更長(zhǎng)的循環(huán)時(shí)間里工作。因?yàn)樵谡羝屑尤胨?，進(jìn)入過熱器組件的蒸汽的冷卻能力足夠大使過熱器組件以逆流方式工作，而保持過熱器管壁的溫度低于一最大允許的溫度。這最大允許的溫度是低于650℃，較佳的是低于500℃。因?yàn)檫^熱器能夠以逆流工作模式被操作，能夠?qū)崿F(xiàn)高的熱交換效率，導(dǎo)致例如加熱的蒸汽的產(chǎn)出量能夠增加。因?yàn)闊釟怏w在管道側(cè)流經(jīng)過熱器組件，因此設(shè)備容易清洗。清洗可以通過例如將一塞子穿過一蒸發(fā)器管道和與所述蒸發(fā)器管道流體相通的過熱器管道來完成。
蒸發(fā)器管道是一個(gè)或多個(gè)平行的管道。較佳的是，為了盡可能減小設(shè)備的尺寸，蒸發(fā)器管道是螺旋的。
用于加水的裝置，較佳地設(shè)置成，在用于產(chǎn)生的蒸汽的收集空間的蒸汽出口和直到并包括過熱器組件之間的一個(gè)位置向產(chǎn)生的蒸汽加水。加水的較佳的方式是，避免過熱器組件中出現(xiàn)水滴。因此水可以作為蒸汽加入，例如直接加入到所述組件中。更佳的是，在液體水被加入到所述產(chǎn)生的蒸汽中之前，在一適當(dāng)?shù)妮o助過熱器組件中，產(chǎn)生的蒸汽的收集空間中得到的蒸汽先被加熱。然后，液體水由于加入到過熱蒸汽中而立即蒸發(fā)。
現(xiàn)在參照附圖對(duì)本發(fā)明作更詳細(xì)的描述。


圖1示意地表示根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的第一實(shí)施例的縱向剖面；和圖2示意地表示根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的第二實(shí)施例的縱向剖面。
參見圖1和2，根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備包括一個(gè)主熱交換容器1，其具有一個(gè)用于冷卻水的入口2，該入口2通到容器1的內(nèi)部。該容器1還包括一個(gè)用于冷卻水的腔室5，和一個(gè)用于保持產(chǎn)生的蒸汽的收集空間35。收集空間35設(shè)置有一個(gè)出口3，出口3與蒸汽管18流體地連接，蒸汽管18用于取走產(chǎn)生的蒸汽。蒸汽管18可以定位在容器1的內(nèi)部或者外部。一個(gè)適合的實(shí)施例由EP-A-257719示出，其中示出了如何將蒸汽管18定位在容器1的內(nèi)部。較佳地，一個(gè)濕氣柵網(wǎng)(mistmat)(未示出)設(shè)置在出口3和蒸汽收集空間35之間，以避免水滴進(jìn)入出口3。在正常操作期間，冷卻水經(jīng)冷卻水供給管道4供給到容器1，其中容器1的用于冷卻水的腔室5充滿冷卻水。該設(shè)備包括一主蒸發(fā)器管束6，該主蒸發(fā)器管束6具有一個(gè)用于熱氣的入口7和一出口8。主蒸發(fā)器管束6被設(shè)置在冷卻水的腔室5中。該設(shè)備還包括一過熱器組件9，該過熱器組件9包括一容器10，該容器10中包括一第二管束11，第二管束11具有一與主蒸發(fā)器管束6的出口8相通的入口12以及一出口13。從出口13，冷卻的氣體經(jīng)氣體排出管道14排出。過熱器容器9具有一個(gè)蒸汽入口15，和一過熱蒸汽的出口17，入口15和出口17都與過熱組件9的殼體一側(cè)即管際空間(shell side)16相通。入口15，12和出口17，13較佳地設(shè)置成，使熱氣體和蒸汽流基本上逆流通過一最好是細(xì)長(zhǎng)的過熱組件9。用于蒸汽的入口15與熱交換器容器1的蒸汽出口3流體連通。因此，該設(shè)備包括一蒸汽的流動(dòng)路徑，該流動(dòng)路徑從容器1的蒸汽出口3延伸經(jīng)容器10的蒸汽入口15，通過過熱器9的管際空間16，到達(dá)過熱蒸汽出口17。從出口17，過熱蒸汽經(jīng)管道19排出。
如圖1和2所示的該設(shè)備的實(shí)施例，包括一個(gè)輔助的過熱器21，以在由裝置20將水加入之前，將蒸汽流動(dòng)路徑中的蒸汽加熱。用于加水的適合的裝置是本領(lǐng)域人員已知的，如驟冷器等。應(yīng)當(dāng)理解，水可以在蒸汽的流動(dòng)路徑中的一個(gè)以上的點(diǎn)處加入。
輔助過熱器21包括一個(gè)容器22，容器22包含一個(gè)第三管束23，該第三管束具有一個(gè)與過熱器容器10的出口13相連通的入口24以及一個(gè)出口25。輔助過熱器21的管際空間26形成蒸汽流動(dòng)路徑的一部分。冷卻的氣體從出口25，經(jīng)氣體排出管道27排出。流動(dòng)路徑、入口24和出口25較佳地設(shè)置成，使熱氣體和蒸汽流基本上逆流通過一較佳是細(xì)長(zhǎng)的輔助過熱器容器21。
可替換地，該設(shè)備包括一單一的過熱器組件9和裝置20，它們?cè)O(shè)置成，使水被加到過熱器9的管際空間16。
用于加水的裝置20，可以位于容器1的內(nèi)部或者外部。出于實(shí)用的目的，特別是為了有利于維護(hù)，較佳的是，將裝置20位于容器1的外部，如圖2所示。
在正常操作期間，因?yàn)橹髡舭l(fā)器和過熱器管束的結(jié)垢，對(duì)于給定的熱氣體的通過量來說，容器1下游的氣體排出管道中，即圖1和2中的管道27中的氣體的溫度將逐漸增高。通過將水加入到蒸汽流動(dòng)路徑中，氣體排出管道27中的氣體的溫度能夠保持在一臨界值以下的時(shí)間段將被延長(zhǎng)，在該臨界值處可能損壞管道27。
在管道27中流動(dòng)的氣體在容器1的剛好下游的一點(diǎn)處的溫度，可以由一溫度測(cè)量裝置28測(cè)定。測(cè)定的數(shù)值被送到一控制單元(未示出)，該控制單元借助于閥29，對(duì)由裝置20向蒸汽流動(dòng)路徑加的水的量進(jìn)行控制。可替換地，在管道27中流動(dòng)的氣體的溫度可以通過測(cè)量管道19中過熱蒸汽的溫度來確定。
從本發(fā)明的設(shè)備中排出的過熱蒸汽的溫度可以通過加入水來調(diào)節(jié)。這降低了蒸汽的溫度，并且同時(shí)增加了產(chǎn)生的蒸汽的量。圖2示出了一如何加水的較佳的實(shí)施例。如圖2所示，經(jīng)管道19排出的過熱蒸汽的溫度，由一溫度測(cè)量裝置30測(cè)定。測(cè)定的數(shù)值被送到一控制單元(未示出)，該控制單元借助于閥31，對(duì)由驟冷器32向管道19加的水的量進(jìn)行控制。
較佳的是，在冷卻水進(jìn)入到容器1中之前，在氣體排出管道27中的冷卻的氣體(在包括輔助過熱器21的設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例中，如圖1和2所示)，或者在氣體排出管道14中的冷卻的氣體(在沒有輔助過熱器的設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例中，(未示出))，通過與冷卻水熱交換而被進(jìn)一步冷卻。因此，根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備較佳地包括一個(gè)輔助的熱交換器33，用于靠冷卻水來冷卻氣體，其中輔助的熱交換器33的較熱的一側(cè)(warm side)與第二管束11的出口13是流體相通的，或者如果設(shè)置一個(gè)輔助的過熱器21時(shí)，則與第三管束23的出口25流體相通，并且輔助熱交換器33的冷的一側(cè)(cold side)與容器1的冷卻水的入口2流體相通。
此設(shè)備還可以包括一個(gè)或多個(gè)驟冷器(未示出)，該驟冷器用水或氣體將熱氣體急冷，從而使熱氣體進(jìn)一步冷卻。驟冷器可以設(shè)在過熱器的上游或者下游。
根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備還適當(dāng)?shù)卦O(shè)有一個(gè)第二蒸發(fā)器管道，該第二蒸發(fā)器管道與過熱器組件的熱氣體出口流體相通，或者如果有，與一輔助過熱器的熱氣體出口流體相通。此第二蒸發(fā)器管道將進(jìn)一步增加氣體排出管道27中的氣體的溫度能夠保持在上述臨界值以下的時(shí)間段。主的和第二蒸發(fā)器的熱交換區(qū)域適合設(shè)計(jì)成，在運(yùn)行開始時(shí)，第二蒸發(fā)器管道幾乎沒有熱交換發(fā)生。因?yàn)樵诓僮鬟^程中，蒸發(fā)器和過熱器管道的內(nèi)部結(jié)垢，第二蒸發(fā)器管道中的氣體的溫度將逐漸增高。第二蒸發(fā)器管道然后逐漸開始參加氣體的冷卻，從而延長(zhǎng)氣體出口管道27的溫度達(dá)到上述臨界值的時(shí)間。
圖3示出了較佳的過熱器組件9，其帶有一個(gè)蒸汽入口36，和用于加熱的蒸汽的出口37，一個(gè)用于熱氣體的入口38，和一個(gè)用于熱氣體的出口39。用于熱氣體的入口38與螺旋管道40流體相通。螺旋管道40定位在一環(huán)形空間41中，該環(huán)形空間41由一筒形外壁42和筒形內(nèi)壁43以及底部44和頂部45形成。筒形壁42和43靠著螺旋管道40定位，使得在螺旋管道的外部(管際空間(shell side))和在環(huán)形空間41內(nèi)形成一個(gè)螺旋形成的空間46。此螺旋形成的空間46的一端與蒸汽入口36流體連通，另一相對(duì)端與蒸汽出口37流體連通。由于此結(jié)構(gòu)，蒸汽會(huì)經(jīng)螺旋空間46與經(jīng)螺旋管道40流動(dòng)的熱氣體逆向流動(dòng)。為了清楚起見，圖3只示出一個(gè)螺旋管道40和一個(gè)螺旋空間46。應(yīng)當(dāng)清楚，一個(gè)以上的平行設(shè)置的螺旋空間和螺旋管道能夠設(shè)置在環(huán)形空間41中。如圖3所示的熱交換器能夠找到廣泛的應(yīng)用。因?yàn)槠湓O(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，并且因?yàn)槟軌驅(qū)崿F(xiàn)幾乎100％逆流或者順流熱交換，它是有利的。
根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備適合于用在一種在用于冷卻熱氣體的熱交換器中使蒸汽過熱的方法中，較佳的是，熱氣體主要被煙灰和/或硫污染。因此，本發(fā)明還涉及一種用于在上述的設(shè)備中完成的加熱蒸汽的方法，其中(a)通過在液體水和一熱氣體之間的間接熱交換而得到蒸汽，(b)通過使由步驟(a)得到的蒸汽與步驟(a)中得到的部分冷卻的熱氣體間接熱交換而將步驟(a)得到的蒸汽加熱，(c)在步驟(b)中加熱蒸汽之前或者加熱期間，將附加的水加到由步驟(a)得到的蒸汽中。
此方法特別適合于含有煙灰和硫的合成氣體，該合成氣體是通過將烴原料的液體氣化而產(chǎn)生的，烴原料較佳的是一重質(zhì)殘油，即一種烴原料的液體，其包含按重量計(jì)至少90％具有高于360℃的沸點(diǎn)的組分，如減粘裂化爐殘油、瀝青和減壓閃蒸熱裂殘油。從重減壓殘油產(chǎn)生的合成氣體典型地包括0.1-1.5％重量百分比的煙灰，和0.1-4％重量百分比的硫。
由于存在煙灰和硫，輸送熱氣體的管道結(jié)垢的情況會(huì)發(fā)生，并且會(huì)隨運(yùn)行時(shí)間而增加，從而影響熱交換器和過熱器中的熱交換。較佳的是，由裝置20加入的水的量會(huì)隨著運(yùn)行時(shí)間而增加，較佳的是，以此使得在輸送熱氣體的管道離開熱交換器容器處的熱氣體的溫度被保持在450℃以下。
在根據(jù)本發(fā)明的方法中將被冷卻的熱氣體具有的溫度典型的是從1200到1500℃，較佳的是1250到1400℃，并且較佳地被冷卻到從150到450℃，更佳的是從170到300℃。
由本發(fā)明的方法產(chǎn)生的過熱蒸汽的至少部分可以被有利地用于烴原料的氣化。在此氣化過程中，如本領(lǐng)域人員公知的，烴原料氧分子和蒸汽被供給到一氣化器，并且被轉(zhuǎn)變?yōu)闊岬暮铣蓺怏w。因此，本發(fā)明還涉及一種含烴的原料的氣化方法，包括步驟(a)將烴原料、含氧分子的氣體和蒸汽供給到一氣化反應(yīng)器，(b)將烴原料、含氧分子的氣體和蒸汽氣化，以在該氣化反應(yīng)器中得到一種熱的合成氣體，(c)在如上所述的一設(shè)備中將步驟(b)中得到的熱的合成氣體冷卻，并且將蒸汽加熱，其中至少在步驟(a)中供給到氣化反應(yīng)器的蒸汽的部分在步驟(c)中得到。
權(quán)利要求
1.一種用于加熱蒸汽的設(shè)備，該蒸汽由用于熱氣體的熱交換器中的冷卻水形成，該設(shè)備包括一個(gè)主熱交換器容器，其具有一個(gè)用于冷卻水的腔室、一個(gè)用于將被冷卻的氣體的入口、一個(gè)用于已被冷卻的氣體的出口、一個(gè)被加熱的蒸汽的出口和一個(gè)用于保持產(chǎn)生的蒸汽的收集空間，至少一主蒸發(fā)器管道，其被設(shè)置在冷卻水的腔室中，與該將被冷卻的氣體的入口流體連通，至少一個(gè)蒸汽管道，用于經(jīng)所述收集空間的一蒸汽出口，從保持產(chǎn)生的蒸汽的收集空間取走已產(chǎn)生的蒸汽，至少一個(gè)第二管道-殼體式熱交換器容器，“過熱器組件”，其被定位在冷卻水腔室中，其中所產(chǎn)生的蒸汽靠來自主蒸發(fā)器管道的部分被冷卻的氣體而進(jìn)一步被加熱，其中主蒸發(fā)器管道與過熱器組件的管道側(cè)流體連通，并且用于取走已產(chǎn)生的蒸汽的蒸汽管道與過熱器組件的管際空間流體連通，以及其中具有用于將水加入到已產(chǎn)生的進(jìn)入過熱器組件的蒸汽的裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的一種設(shè)備，其中用于加水的裝置被設(shè)置成，使水在用于產(chǎn)生的蒸汽的收集空間的蒸汽出口和過熱器組件之間的一個(gè)位置處被加入進(jìn)產(chǎn)生的蒸汽。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的一種設(shè)備，其中用于加水的裝置是用于加入液體水的裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)的一種設(shè)備，其中用于加水的裝置和用于取走已產(chǎn)生的蒸汽的蒸汽管道的部分被設(shè)置在主熱交換器容器的外部。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)的一種設(shè)備，其中冷卻水腔室還包括一用于將熱氣體冷卻的第二蒸發(fā)器管道，第二蒸發(fā)器管道被定位在相對(duì)于熱氣體的流動(dòng)的過熱器組件的下游。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)的一種設(shè)備，其中用于加熱已產(chǎn)生的蒸汽的一輔助過熱器組件位于用于產(chǎn)生的蒸汽的收集空間的蒸汽出口和用于加水的裝置之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的一種設(shè)備，其中輔助過熱器組件是一管道-殼體式熱交換器，其被設(shè)置成使得已產(chǎn)生的蒸汽在管際空間處流動(dòng)，而至少在過熱器組件中已部分冷卻的氣體在管道側(cè)流動(dòng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6-7中任一項(xiàng)的一種設(shè)備，其中輔助過熱器設(shè)置在主熱交換器容器的外部。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)的一種設(shè)備，其中該設(shè)備還包括用于將水加入到在相對(duì)于蒸汽流動(dòng)的過熱器組件的下游的過熱蒸汽中的裝置。
10.一種在根據(jù)權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)的設(shè)備中進(jìn)行的加熱蒸汽的方法。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的一種方法，其中加入到蒸汽流動(dòng)路徑中的水的量隨運(yùn)行時(shí)間而增加。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11的一種方法，其中該熱氣體是合成氣體，該合成氣體是通過液態(tài)或氣態(tài)的烴原料的氣化而產(chǎn)生的。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的一種方法，其中合成氣體是由一種液體的烴原料的氣化而產(chǎn)生的，該烴原料包含至少90％重量的具有高于360℃的沸點(diǎn)的烴組分。
14.根據(jù)權(quán)利要求10-13中任一項(xiàng)的一種方法，其中熱氣體包括至少0.05％重量百分比的煙灰，較佳的是至少0.1％重量百分比，更佳的是至少0.2％重量百分比。
15.根據(jù)權(quán)利要求10-14中任一項(xiàng)的一種方法，其中熱氣體包括至少0.1％重量百分比的硫，較佳的是至少0.2％重量百分比，更佳的是至少0.5％重量百分比。
16.根據(jù)權(quán)利要求10-15中任一項(xiàng)的一種方法，其中氣體被冷卻的范圍是，從1200-1500℃，較佳的是1250-1400℃，到150-450℃，較佳的是，到170-300℃。
全文摘要
一種用于加熱蒸汽的設(shè)備，該蒸汽由用于熱氣體的熱交換器中的冷卻水形成，該設(shè)備包括一個(gè)設(shè)置在熱交換器容器(1)中的過熱器(9)，一種在這樣的設(shè)備中進(jìn)行的加熱蒸汽的方法，和一種包括這樣的加熱蒸汽的方法的用于烴原料的氣化的方法。
文檔編號(hào)F22G5/00GK1429326SQ01809697
公開日2003年7月9日 申請(qǐng)日期2001年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2000年5月19日
發(fā)明者弗蘭西斯庫(kù)斯·G·萬東恩, 約翰尼斯·D·德赫拉夫 申請(qǐng)人:國(guó)際殼牌研究有限公司