專利名稱：用于加熱蒸汽的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于加熱蒸汽的方法，其中(a)蒸汽是通過液態(tài)水和熱氣之間的間接熱交換獲得的，(b)通過與在步驟(a)中獲得的部分冷卻的熱氣進(jìn)行間接熱交換，而對(duì)在步驟(a)中獲得的蒸汽加熱。
這種方法在EP-A-257719中進(jìn)行了描述。該公開文本描述了一種用于冷卻熱氣的方法，其中也形成了被過熱的蒸汽。所述過熱的蒸汽表示具有比飽和溫度更高溫度的蒸汽。EP-A-257719描述了一種容器，它由一束用于使熱氣穿過的主蒸發(fā)管束構(gòu)成。該管束浸入水域中。在使用時(shí)，當(dāng)熱氣穿過管束時(shí)會(huì)形成蒸汽。該蒸汽被輸送到過熱器組件，所述過熱器組件由殼體-管道熱交換器構(gòu)成，并浸入同一水域中。在該組件中，來自主蒸發(fā)管束的部分冷卻的氣體被輸送到過熱器組件的管際空間，并且蒸汽被輸送到過熱器組件的管道一側(cè)。這兩組液流以順流工作的模式在過熱器中接觸。
申請(qǐng)人發(fā)現(xiàn)當(dāng)采用根據(jù)EP-A-257719所述的方法來冷卻包含雜質(zhì)，例如碳、灰和/或硫的氣體時(shí)，可能會(huì)發(fā)生泄漏，這些雜質(zhì)例如是對(duì)氣態(tài)的或者液態(tài)的烴原料進(jìn)行氣化而產(chǎn)生的合成氣體中存在的。應(yīng)該相信該設(shè)備在氣體側(cè)的結(jié)垢會(huì)導(dǎo)致泄漏。盡管可以對(duì)設(shè)備進(jìn)行定期清潔，但泄漏問題仍然存在。結(jié)垢，特別是當(dāng)合成氣體是由液態(tài)烴，特別是重質(zhì)渣油的氣化而生成時(shí)，將導(dǎo)致運(yùn)行期間內(nèi)，設(shè)備的熱交換能力逐漸下降。結(jié)果是，離開熱交換器的過程氣體(process gas)的溫度將隨運(yùn)行時(shí)間而逐漸增高。如果離開熱交換器設(shè)備的過程氣體的溫度超過一特定溫度，通常是400-450℃，則向著熱交換器下游傳送過程氣體的管道的溫度將非常高而使其可能被損壞。因此，必須關(guān)閉該設(shè)備以清潔管道。設(shè)備運(yùn)行一段時(shí)間而此后管道必須清潔的那段設(shè)備運(yùn)行時(shí)間被稱作“循環(huán)時(shí)間”。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種用于加熱蒸汽和冷卻熱氣的方法，其中循環(huán)時(shí)間被盡可能地延長(zhǎng)和/或能夠避免泄漏問題。熱氣特別是一種包括化合物的熱的過程氣體，它們可導(dǎo)致設(shè)備的熱交換表面結(jié)垢。這種化合物在特定情況下是煙灰，或者是硫。這里所述的煙灰是碳和灰。下面的方法能夠達(dá)到上述目的。一種加熱蒸汽的方法，其中(a)通過液態(tài)水和熱氣之間的間接熱交換獲得蒸汽，(b)通過與在步驟(a)中獲得的部分地冷卻的熱氣進(jìn)行間接熱交換，而對(duì)在步驟(a)中獲得的蒸汽加熱，(c)在步驟(b)中加熱蒸汽之前或者期間，向在步驟(a)中獲得的蒸汽添加額外的水。
申請(qǐng)人發(fā)現(xiàn)，通過在步驟(c)中的加水，在步驟(b)中的離開熱交換容器的熱氣的溫度可以受到控制。這樣就獲得了一種能夠以更長(zhǎng)的循環(huán)時(shí)間進(jìn)行工作的方法。在步驟(c)中的添加水的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是進(jìn)入過熱器組件的蒸汽的冷卻能力足以使過熱器組件在逆流工作模式下工作，同時(shí)保持過熱器的管壁溫度低于最高的容許溫度。這種最高的容許溫度低于650℃，最好是低于500℃。由于過熱器可以在逆流工作模式下工作，所以能夠獲得很高的熱交換效率，例如，其結(jié)果是過熱的蒸汽的溫度能夠更高，或者是過熱器組件的尺寸可以減小。
步驟(c)中最好是以下述方式添加水，即避免在步驟(b)中產(chǎn)生水滴。在步驟(c)中加水之前，最好首先加熱在步驟(a)中獲得的蒸汽。在這種方式下，可以加入液態(tài)水，所述水會(huì)很快蒸發(fā)，這是因?yàn)檎羝沁^熱的。
步驟(a)和(b)最好以下述方式執(zhí)行，即熱氣在殼體-管道熱交換器的管道側(cè)(tube side)流動(dòng)。由于熱氣在管道側(cè)流動(dòng)，所以對(duì)于本方法來說，可以使用更容易清潔的設(shè)備。例如，清潔可以是通過使一個(gè)塞子穿過在步驟(a)和(b)中使用的管道而實(shí)現(xiàn)。
更優(yōu)選地，在步驟(b)中，使部分冷卻的熱氣和蒸汽在這種殼體-管道熱交換器中基本上逆向流動(dòng)。熱氣適于在步驟(a)中穿過蒸汽管束流動(dòng)，其中管束浸入充滿水的空間，并且在步驟(b)中，熱交換在殼體-管道熱交換器中進(jìn)行，殼體-管道熱交換器也浸入充滿水的空間。優(yōu)選地，將水加入在步驟(b)中獲得的加熱蒸汽中，以將溫度降低到過熱的蒸汽的期望值。在這些操作之后，形成了額外的過熱的蒸汽。
當(dāng)由于在熱氣中存在雜質(zhì)而在步驟(a)和(b)中，熱氣一側(cè)(hotgas side)的熱交換區(qū)域的結(jié)垢發(fā)生時(shí)，該方法是特別有利的。在運(yùn)行期間，由于結(jié)垢，會(huì)導(dǎo)致對(duì)熱氣的冷卻效果逐漸降低。通過在運(yùn)行期間，增加在步驟(c)中加入的水的量，步驟(b)中獲得的經(jīng)過冷卻的氣體的最終溫度可以保持在最大的要求值之下。最好是在步驟(c)中添加的水的量隨著時(shí)間而增加，使得在步驟(b)中獲得的經(jīng)過冷卻的熱氣的溫度保持在450℃之下。
適當(dāng)?shù)?，包含雜質(zhì)的熱氣是通過液態(tài)或氣態(tài)烴原料的氣化而產(chǎn)生的合成氣體。雜質(zhì)主要是煙灰和/或硫。該方法特別適用于冷卻通過液態(tài)或氣態(tài)烴原料的氣化而產(chǎn)生的包含煙灰和硫的合成氣體，烴原料最好是重質(zhì)渣油，即包含至少重量百分比為90％的沸點(diǎn)高于360℃的組分的液態(tài)烴原料，例如減粘裂化爐渣油、瀝青和減壓閃蒸裂化渣油。由重質(zhì)渣油產(chǎn)生的合成氣體通常包括重量為0.1％至1.5％的煙灰和重量為0.1％至4％的硫。
由于存在煙灰和硫，所以會(huì)發(fā)生輸送熱氣的管道的結(jié)垢并隨著運(yùn)行時(shí)間該結(jié)垢增加，從而影響了熱交換器和過熱器的熱交換效果。最好是加入的水的量隨著運(yùn)行時(shí)間增加，最好是以下述方式增加，即在輸送熱氣的管道離開熱交換器容器的那一點(diǎn)上，熱氣的溫度保持在450℃之下。
要用本發(fā)明的方法進(jìn)行冷卻的熱氣通常具有在1200至1500℃范圍內(nèi)的溫度，最好是1250至1400℃，并且最好冷卻至150至450℃的范圍內(nèi)，最佳的是從170至300℃。
由本發(fā)明的方法產(chǎn)生的過熱的蒸汽至少有一部分可以有利地應(yīng)用于對(duì)烴原料進(jìn)行氣化的步驟中。在這種本領(lǐng)域公知的氣化步驟中，烴原料、氧分子和蒸汽被送入氣化器并轉(zhuǎn)換為熱合成氣體。這樣，本發(fā)明還涉及一種用于氣化烴原料的方法，包括以下步驟(a)將烴原料、包含氧分子的氣體和蒸汽輸送到氣化反應(yīng)器中，(b)使所述原料、包含氧分子的氣體和蒸汽氣化以在氣化反應(yīng)器中獲得熱合成氣體，(c)根據(jù)前述的方法冷卻由步驟(b)獲得的熱合成氣體并加熱蒸汽，其中在步驟(a)中輸送給氣化反應(yīng)器的蒸汽至少有一部分最好由步驟(c)獲得。
根據(jù)本發(fā)明所述的方法可適當(dāng)?shù)赜孟率鲈O(shè)備執(zhí)行。一種用于加熱蒸汽的設(shè)備，所述蒸汽在用于熱氣的熱交換器中由冷卻水形成，該設(shè)備包括一個(gè)主熱交換器容器，該主熱交換器容器具有用于冷卻水的腔室、一個(gè)用于要被冷卻的氣體的入口、一個(gè)用于冷卻后的氣體的出口、和用于加熱后的蒸汽的出口以及用于保持產(chǎn)生的蒸汽的收集空間；至少一個(gè)主蒸發(fā)器管道，其位于用于冷卻水的腔室內(nèi)，并且與用于要被冷卻的氣體的入口流體相連，至少一個(gè)蒸汽管道，用于通過所述收集空間的蒸汽出口，從用于保持產(chǎn)生的蒸汽的收集空間中取出產(chǎn)生的蒸汽，至少一個(gè)第二管道-殼體熱交換器容器，‘過熱器組件’，它位于用于冷卻水的腔室內(nèi)，其中產(chǎn)生的蒸汽靠來自主蒸發(fā)器管道的部分地冷卻的氣體而進(jìn)一步被加熱，其中，主蒸發(fā)器管道與過熱器組件的管道一側(cè)流體相連，并且用于取出產(chǎn)生的蒸汽的蒸汽管道與過熱器組件的殼體一側(cè)即管際空間流體相連；其中，還提供了一個(gè)用于向進(jìn)入過熱器組件的已產(chǎn)生的蒸汽中添加水的裝置。
蒸發(fā)器管道最好是一個(gè)或多個(gè)平行管道。為了減小設(shè)備的尺寸，蒸發(fā)器管道最好是螺旋形的。
用于添加水的裝置最好設(shè)置成下述形式，即向產(chǎn)生的蒸汽中添加水的位置位于用于已產(chǎn)生的蒸汽的收集空間的蒸汽出口和直至并且包括過熱器組件的位置之間。如上所述，最好在添加液態(tài)水之前加熱已產(chǎn)生的蒸汽。這種加熱操作可以在適當(dāng)?shù)妮o助過熱器組件中進(jìn)行。
現(xiàn)在將結(jié)合附圖更詳細(xì)地顯示本發(fā)明裝置和某些方法特征，其中

圖1表示了根據(jù)本發(fā)明所述裝置的第一實(shí)施例的縱向截面示意圖；圖2表示了根據(jù)本發(fā)明所述裝置的第二實(shí)施例的縱向截面示意圖；圖3更詳細(xì)地表示了過熱器組件。
現(xiàn)在參見圖1和圖2，根據(jù)本發(fā)明所述的設(shè)備包括一個(gè)主熱交換器容器1，該容器具有一個(gè)冷卻水入口2，該入口2通向容器1的內(nèi)部。容器1還包括一個(gè)冷卻水腔室5和一個(gè)用于保持已經(jīng)產(chǎn)生的蒸汽的收集空間35。收集空間35帶有出口3，該出口3與蒸汽管18流體連通，所述蒸汽管18用于取出已經(jīng)產(chǎn)生的蒸汽。蒸汽管18可以位于容器1的內(nèi)部或者外部。EP-A-257719的圖1a顯示了怎樣將蒸汽管18定位于容器1內(nèi)部的適當(dāng)實(shí)施例。最好在出口3和蒸汽收集空間35之間設(shè)置一個(gè)濕氣柵網(wǎng)(mistmat)(未表示)以避免水滴進(jìn)入出口3。在正常操作中，冷卻水通過冷卻水供應(yīng)導(dǎo)管4供給容器1，其中容器1的冷卻水腔室5充滿了冷卻水。該設(shè)備包括一個(gè)主蒸發(fā)器管束6，該管束6具有一個(gè)熱氣入口7和一個(gè)出口8。主蒸發(fā)器管束6設(shè)置在冷卻水腔室5中。該設(shè)備還包括一個(gè)過熱器組件9，該組件9包括一個(gè)帶有第二管束11的容器10，所述第二管束11具有一個(gè)與主蒸發(fā)器管束6的出口8相連的入口12和一個(gè)出口13。通過出口13，冷卻后的氣體通過排氣管14而排出。過熱器容器9具有一個(gè)蒸汽入口15和一個(gè)過熱后的蒸汽的出口17，入口15和出口17都與過熱器組件9的管際空間16相連。入口15和12以及出口17和13最好設(shè)置成下述形式，即熱氣和蒸汽通過一個(gè)最好是細(xì)長(zhǎng)的過熱器組件9而基本上相互逆向流動(dòng)。由于蒸汽在組件9中被加熱前給蒸汽加水，所以是可能實(shí)現(xiàn)相互逆流模式的，其中熱交換器管道的壁的溫度保持在臨界值之下。應(yīng)該理解到同樣也可以實(shí)現(xiàn)順流模式。蒸汽入口15與熱交換器容器1的蒸汽出口3流體連通。這樣，該設(shè)備包括一條蒸汽流動(dòng)路徑，該流動(dòng)路徑從容器1的蒸汽出口3延伸，經(jīng)過容器10的蒸汽入口15，再通過過熱器9的管際空間16而到達(dá)過熱的蒸汽的出口17。從出口17處，過熱的蒸汽通過管道19排出。
圖1和圖2所示設(shè)備的實(shí)施例包括一個(gè)輔助過熱器21，用于當(dāng)由裝置20加水之前，加然蒸汽流動(dòng)路徑中的蒸汽。用于添加水的適當(dāng)裝置是本領(lǐng)域公知的，例如驟冷器(quench)或類似裝置。應(yīng)該理解到可以在蒸汽流動(dòng)路徑的多個(gè)點(diǎn)上添加水。
輔助過熱器21包括一個(gè)含有第三管束23的容器22，該第三管束23具有一個(gè)與過熱器容器10的出口13相連通的入口24和一個(gè)出口25。輔助過熱器21的管際空間(shell side)26形成了蒸汽流動(dòng)路徑的一部分。冷卻后的氣體通過排氣管27從出口25排出。流動(dòng)路徑、入口24和出口25最好設(shè)置成下述形式，即熱氣和蒸汽通過一個(gè)最好是細(xì)長(zhǎng)的輔助過熱器容器21而基本上相互逆向流動(dòng)。
作為替換形式，該設(shè)備可以只包括單一的過熱器組件9和裝置20，它們?cè)O(shè)置成能夠?qū)⑺咏o過熱器9的管際空間16的形式。
用于添加水的裝置20可以位于容器1的內(nèi)部或外部。為了實(shí)用的目的，特別是為了有助于維護(hù)工作，最好將裝置20定位于容器1的外部，如圖2所示。
在正常運(yùn)行中，由于主蒸發(fā)器和過熱器管束會(huì)結(jié)垢，所以對(duì)于給定的熱氣生產(chǎn)量，容器1下游的排氣管、即圖1和圖2中的導(dǎo)管27中的氣體溫度將逐漸增加。通過將水加入蒸汽流動(dòng)路徑，排氣管27中的氣體溫度被保持在臨界值，即可能對(duì)管道27產(chǎn)生損害的值以下的時(shí)間將會(huì)延長(zhǎng)。
剛好在容器1下游的那一點(diǎn)處的管道27中流動(dòng)的氣體的溫度可由溫度測(cè)量裝置28確定。測(cè)量的數(shù)據(jù)傳送給控制裝置(未表示)，該控制裝置借助閥29控制那些由裝置20加入蒸汽流動(dòng)路徑中的水的量。作為替換形式，在管道27中流動(dòng)的氣體的溫度可以通過測(cè)量在管道19中的過熱的蒸汽的溫度來確定。
從本發(fā)明設(shè)備排出的過熱的蒸汽溫度可以通過添加水來調(diào)整。這就降低了蒸汽溫度，同時(shí)增加了產(chǎn)生的蒸汽的量。圖2表示了怎樣加水的優(yōu)選實(shí)施例。如圖2所示，通過管道19排出的過熱的蒸汽的溫度借助溫度測(cè)量裝置30來確定。測(cè)量數(shù)據(jù)傳送給一個(gè)控制裝置(未表示)，該控制裝置通過閥31控制那些由驟冷器32加到管道19的水的量。
優(yōu)選地，在冷卻水進(jìn)入容器1之前，在排氣管27(在包含輔助過熱器21的設(shè)備的實(shí)施例中，例如圖1和2所示實(shí)施例)中或者在排氣管14(在沒有輔助過熱器的實(shí)施例(未表示)中)中的冷卻后的氣體，通過與冷卻水的熱交換而進(jìn)一步被冷卻。因此，本發(fā)明設(shè)備最好包括一個(gè)用于靠冷卻水來冷卻氣體的輔助熱交換器33，其中輔助熱交換器33的較熱一側(cè)(warm side)與第二管束11的出口13流體連通，或者，如果采用了輔助過熱器21，則與第三管束23的出口25流體連通，而輔助熱交換器33的較冷一側(cè)(cold side)與容器1的冷卻水入口2流體連通。
該設(shè)備還可以包括一個(gè)或多個(gè)驟冷器(未表示)，所述驟冷器用于利用水或氣體來對(duì)熱氣進(jìn)行驟冷以進(jìn)一步冷卻熱氣。驟冷器可位于過熱器9的上游或下游。
本發(fā)明設(shè)備還適于帶有一個(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出口相連，或者，當(dāng)輔助過熱器存在時(shí)與其熱氣出口相連。該第二蒸發(fā)器管道進(jìn)一步延長(zhǎng)了如前所述的在本發(fā)明設(shè)備的排氣管27中的氣體的溫度被保持在臨界值以下的時(shí)間段。主蒸發(fā)器管道和第二蒸發(fā)器管道的熱交換區(qū)域適于設(shè)計(jì)成下述形式，在運(yùn)行開始，幾乎沒有由第二蒸發(fā)器管道引起的熱交換發(fā)生。由于在運(yùn)行期間，蒸發(fā)器和過熱器管道內(nèi)部會(huì)結(jié)垢，所以第二蒸發(fā)器管道中的溫度將逐漸升高。則第二蒸發(fā)器管道逐漸開始參與對(duì)氣體的冷卻，從而延長(zhǎng)了使排氣管27的溫度達(dá)到上述臨界值的時(shí)間。
圖3表示了帶有蒸汽入口36、加熱的蒸汽出口37、熱氣入口38和熱氣出口39的優(yōu)選的過熱器組件9。熱氣入口38與螺旋管道40流體地相連。螺旋管道40位于由管狀外壁42和管狀內(nèi)壁43和底部44以及頂45構(gòu)成的環(huán)形空間41內(nèi)。管狀壁42和43抵靠在螺旋管道40上，使得在螺旋管的外部和環(huán)形空間41的內(nèi)部形成了一個(gè)螺旋成型空間46。該螺旋成型空間46的一端與蒸汽入口36流體相連，相對(duì)的另一端與蒸汽出口37相連。由于采用了這種結(jié)構(gòu)，蒸汽將通過螺旋空間46而與通過螺旋管道40流動(dòng)的熱氣相互逆流。為了清晰起見，圖3中只顯示了一個(gè)螺旋管道40和一個(gè)螺旋空間46。應(yīng)該很清楚地知道，可以在環(huán)形空間41內(nèi)設(shè)置一條以上的平行的螺旋管道和螺旋空間。圖3所示的熱交換器可應(yīng)用于多種場(chǎng)合。由于其設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單并且能夠獲得幾乎是100％的逆流或順流熱交換，所以這種熱交換器是很有利的。
權(quán)利要求
1.一種加熱蒸汽的方法，其中(a)通過液態(tài)水和熱氣之間的間接熱交換獲得蒸汽，(b)通過與在步驟(a)中獲得的部分冷卻的熱氣進(jìn)行間接熱交換，而對(duì)在步驟(a)中獲得的蒸汽加熱，(c)在步驟(b)中加熱蒸汽之前或者期間，向在步驟(a)中獲得的蒸汽添加額外的水。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟(c)中水被添加之前，首先加熱在步驟(a)中獲得的蒸汽。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，在步驟(c)中加入液態(tài)水。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，向在步驟(b)中獲得的加熱后的蒸汽中添加液態(tài)水。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，步驟(a)和(b)中的熱氣在殼體-管道熱交換器的管道側(cè)流動(dòng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，在步驟(b)中，使部分冷卻的熱氣和蒸汽在殼體-管道熱交換器中基本上逆向流動(dòng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5-6所述的方法，其特征在于，在步驟(a)中，熱氣穿過蒸發(fā)器管束流動(dòng)，該管束浸入充滿水的空間，并且在步驟(b)中，熱交換在殼體-管道熱交換器中進(jìn)行，該殼體-管道熱交換器也浸入充滿水的空間。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，由于在熱氣中存在雜質(zhì)，在步驟(a)和(b)中，在熱氣一側(cè)熱交換區(qū)域的結(jié)垢會(huì)發(fā)生，其中，在步驟(c)中添加的水的量被及時(shí)地增加，以便在步驟(a)和(b)中保持對(duì)熱氣進(jìn)行足夠的冷卻。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，在步驟(c)中添加的水的量隨著時(shí)間而增加，使得在步驟(b)中獲得的經(jīng)過冷卻的熱氣的溫度保持在450℃之下。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，熱氣是通過液態(tài)或氣態(tài)烴原料的氣化而產(chǎn)生的合成氣體。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，合成氣體是通過對(duì)下述液態(tài)烴原料進(jìn)行氣化產(chǎn)生的，所述原料包含至少重量百分比為90％的沸點(diǎn)高于360℃的烴組分。
12.根據(jù)權(quán)利要求8至11任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，熱氣包括重量至少為0.05％的煙灰，最好是重量至少為0.1％，最佳是重量至少為0.2％。
13.根據(jù)權(quán)利要求8至12任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，熱氣包括重量至少為0.1％的硫，最好是重量至少為0.2％，最佳是重量至少為0.5％。
14.根據(jù)權(quán)利要求1至13任一項(xiàng)的方法，其特征在于，熱氣通常從1200至1500℃范圍內(nèi)的溫度，最好是1250至1400℃，冷卻至150至450℃的范圍內(nèi)，最好是170至300℃。
全文摘要
一種加熱蒸汽的方法，其中(a)通過液態(tài)水和熱氣之間的間接熱交換獲得蒸汽，(b)通過與在步驟(a)中獲得的部分冷卻的熱氣進(jìn)行間接熱交換，而對(duì)在步驟(a)中獲得的蒸汽加熱，(c)在步驟(b)中加熱蒸汽之前或者期間，向在步驟(a)中獲得的蒸汽添加額外的水。
文檔編號(hào)F22G5/12GK1429327SQ01809698
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)明者弗蘭西斯庫斯·G·萬東恩, 約翰尼斯·D·德赫拉夫 申請(qǐng)人:國際殼牌研究有限公司