專利名稱：：產(chǎn)生過熱蒸汽的方法產(chǎn)生過熱蒸汽的方法
背景技術(shù)：
：許多工業(yè)上重要的化學(xué)反應(yīng)是高度放熱的，并使用反應(yīng)熱產(chǎn)生蒸汽。產(chǎn)生蒸汽的化學(xué)工藝的實(shí)例包括通過乙烯的部分氧化制造環(huán)氧乙烷、由合成氣制曱醇、碳質(zhì)材料的氣化或部分氧化、由甲醇制甲醛、由合成氣制造費(fèi)托烴或醇、由氫和氮制氨、和水煤氣轉(zhuǎn)換反應(yīng)以由一氧化碳和水制氫。在這類工藝中，通常通過冷卻反應(yīng)器或作為反應(yīng)后的除熱技術(shù)產(chǎn)生飽和蒸汽，其為在主要壓力和溫度條件下處于其露點(diǎn)的蒸汽。但是，所生成的蒸汽量通?？赡艹^該工藝本身的界區(qū)內(nèi)的加熱需要。除了用作加熱介質(zhì)外，由此生成的蒸汽還可用作渦輪發(fā)電機(jī)中發(fā)電的功來源或用作驅(qū)動(dòng)機(jī)械如渦輪壓縮機(jī)或泵的原動(dòng)力。在渦輪機(jī)械的膨脹過程中，入口高壓蒸汽的一部分焓被轉(zhuǎn)化成原動(dòng)力，并轉(zhuǎn)化成離開渦輪的更低壓力的更冷蒸汽。這類方法例如描述在"Steam，ItsGenerationandUse",BabcockandWilcoxCo,NewYork,第37版，1960第10章，第10-1頁至10-22頁中。盡管在渦輪機(jī)械中可以使用飽和或過熱蒸汽，但本領(lǐng)域中公知的是，熱力學(xué)效率(有效功能量輸出除以焓輸入)與過熱的量成比例。這種現(xiàn)象的一個(gè)實(shí)例顯示在上述參考文獻(xiàn)的圖10，第10-8頁中，對于100bara飽和蒸汽穿過蒸汽渦輪機(jī)膨脹成0.485bara，熱力學(xué)效率為39.7%。相反，使用在引入渦輪機(jī)中之前過熱167。C的蒸汽，對相同壓差實(shí)現(xiàn)42.6%效率。通常，在膨脹過程中，一部分汽化的蒸汽進(jìn)料冷凝并形成液態(tài)水。渦輪內(nèi)液態(tài)水的生成導(dǎo)致形成水液滴，這些液滴大力撞擊渦輪葉片并隨時(shí)間造成侵蝕磨損。渦輪中生成的液態(tài)水的量是入口蒸汽的過熱程度、3爭越渦輪機(jī)的壓差、和渦輪機(jī)的機(jī)械效率的復(fù)雜函數(shù)。例如，如果100bam飽和蒸汽以85%效率穿過蒸汽渦輪機(jī)膨脹成0.485bara，出口蒸汽的干度(quality)(即濕蒸汽的處于汽態(tài)的比例)為73,4%，而將100bam過熱200。C的飽和蒸汽引入相同蒸汽渦輪機(jī)會產(chǎn)生87.5%的出口干度?；蛘?，如果50bara飽和蒸汽膨脹成0.485bara，出口蒸汽干度為74.8%。如果過熱程度足夠高，不形成液態(tài)水。對于在85%機(jī)械效率下從100bara膨脹成0.485bara,如果入口蒸汽過熱至少495。C,出口干度為100%。公知的是，在渦輪機(jī)械中使用飽和蒸汽作為原動(dòng)力與使用過熱蒸汽相比導(dǎo)致提高的侵蝕磨損和所造成的更高維護(hù)費(fèi)用。通常，至少75%的出口干度是優(yōu)選的，85%或更高的出口干度更優(yōu)選。但是，在許多產(chǎn)生蒸汽的化學(xué)工藝中，沒有提供足以將由此生成的蒸汽過熱的高溫?zé)嵩?。盡管可以燃燒一部分原材料、產(chǎn)物、副產(chǎn)物流或外部供應(yīng)的燃料以提供可用于將蒸汽過熱的高溫?zé)嵩?，但這種方法受到原材料的不經(jīng)濟(jì)的消耗、副產(chǎn)物的可供性不足的阻礙，或要求購買昂貴的燃料和用于燃燒器和相關(guān)熱交換器的追加資本。因此，需要提供一種無需過度的資本或燃料費(fèi)用就能使來自產(chǎn)生蒸汽的化學(xué)工藝的蒸汽過熱的方式。發(fā)明概述在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，本人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過降低一部分高壓蒸汽的壓力以產(chǎn)生較低壓力蒸汽并使用剩余部分高壓蒸汽來過熱較低壓力蒸汽，可以方便和經(jīng)濟(jì)地使用化學(xué)工藝中生成的高壓蒸汽來制造過熱蒸汽。相應(yīng)地，闡述了過熱蒸汽的制備方法，包括(a)從至少一個(gè)化學(xué)工藝中回收熱以產(chǎn)生高壓蒸汽；(b)降低步驟(a)的一部分高壓蒸汽的壓力以產(chǎn)生較低壓力蒸汽和剩余部分高壓蒸汽；和(c)從步驟(b)的至少一部分剩余部分高壓蒸汽向較低壓力蒸汽傳熱以由較低壓力蒸汽產(chǎn)生過熱蒸汽。本發(fā)明的方法可以與各種化學(xué)工藝聯(lián)用。例如，可以由選自部分氧化、羰基化、氫化和同系化(homologation)的至少一個(gè)化學(xué)工藝產(chǎn)生高壓蒸汽?；瘜W(xué)工藝的代表性實(shí)例包括但不限于，碳質(zhì)材料氣化制造合成氣、一氧化碳或二氧化碳的氫化制曱醇、乙烯的部分氧化以制造環(huán)氧乙烷、甲烷的蒸汽重整以制造合成氣、曱醇的部分氧化以制造曱醛、由合成氣制造費(fèi)托烴或醇、由氫和氮制氨、碳質(zhì)原料的自熱重整以制造合成氣、對苯二曱酸二曱酯氫化成環(huán)己烷二曱醇、曱醇羰基化成乙酸、水煤氣轉(zhuǎn)換反應(yīng)以由一氧化碳和水制造氫和二氧化碳，6或其組合。過熱的較低壓力蒸汽可用于在蒸汽渦輪機(jī)中發(fā)電，用于運(yùn)行蒸汽渦壽侖驅(qū)動(dòng)才幾，或用作熱源。本發(fā)明的方法可以有利地與通過碳質(zhì)材料的部分氧化制造合成氣的工藝聯(lián)用。這類工藝在單獨(dú)或與其它化學(xué)工藝聯(lián)用時(shí)經(jīng)常產(chǎn)生大量或過量的高壓蒸汽，但缺乏過熱蒸汽。在此，本發(fā)明的另一方面是過熱蒸汽的制備方法，包括(a)使碳質(zhì)材料與氧、水或二氧化碳反應(yīng)以產(chǎn)生熱和包含氫、一氧化碳和二氧化碳的合成氣流；(b)回收熱以產(chǎn)生高壓蒸汽；和(c)通過間接熱交換從步驟(b)的至少一部分高壓蒸汽向較低壓力蒸汽傳熱以由較低壓力蒸汽產(chǎn)生過熱蒸汽。碳質(zhì)材料可以包括但不限于，曱烷、石油殘?jiān)?、一氧化碳、煤、焦炭、褐煤、油頁巖、油砂、泥炭、生物質(zhì)、石油精煉殘?jiān)?、石油焦炭、瀝青、真空殘油、重油，或其組合，并且可以在氣化器、部分氧化器或重整器中與氧反應(yīng)。較低壓力蒸汽可以通過降低一部分高壓蒸汽的壓力或通過從至少一個(gè)化學(xué)工藝，如水煤氣轉(zhuǎn)換反應(yīng)、一氧化碳?xì)浠灾茣醮?、氮的氫化以制氨、甲醇的羰基化以制乙酸，費(fèi)托法、由一氧化碳和醇制造曱酸烷基酯及其組合中回收熱來獲得。在本發(fā)明的另一方面中，高壓蒸汽可以通過從氣化器中回收熱來產(chǎn)生并可用于產(chǎn)生過熱蒸汽，過熱蒸汽又可用于驅(qū)動(dòng)蒸汽渦輪機(jī)。因此，本發(fā)明也提供了驅(qū)動(dòng)蒸汽渦輪機(jī)的方法，包括(a)使碳質(zhì)材料與氧在氣化器中反應(yīng)以產(chǎn)生熱和包含氫、一氧化碳和二氧化碳的合成氣流;(b)回收熱以產(chǎn)生高壓蒸汽；(c)通過間接熱交換從步驟(b)的至少一部分高壓蒸汽向較低壓力蒸汽傳熱以由較低壓力蒸汽產(chǎn)生過熱蒸汽；和(d)將過熱蒸汽送至蒸汽渦輪機(jī)。氣化器和渦輪機(jī)可以是整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)(在此縮寫為"IGCC")發(fā)電站的一部分，其可以進(jìn)一步包含用于將過量合成氣轉(zhuǎn)化成燃料或適銷化學(xué)品的化學(xué)生產(chǎn)裝置。附圖筒述圖1-5是顯示本發(fā)明的方法的幾個(gè)實(shí)施方案的示意性流程圖。詳述在一個(gè)一般性實(shí)施方案中，本發(fā)明提供了將蒸汽過熱的新型方的高壓蒸;氣制造過熱蒸汽。已經(jīng)im:'、可以;夸一部分高壓蒸汽減壓以產(chǎn)生較低壓力蒸汽，且剩余部分高壓蒸汽可用于將較低壓力蒸汽過熱以產(chǎn)生過熱蒸汽。相應(yīng)地，闡述了過熱蒸汽的制備方法，包括(a)從至少一個(gè)化學(xué)工藝中回收熱以產(chǎn)生高壓蒸汽；(b)降低步驟(a)的一部分高壓蒸汽的壓力以產(chǎn)生較低壓力蒸汽和剩余部分高壓蒸汽；和(c)從步驟(b)的至少一部分剩余部分高壓蒸汽向較低壓力蒸汽傳熱以由較低壓力蒸汽產(chǎn)生過熱蒸汽。高壓蒸汽可以由各種化學(xué)工藝產(chǎn)生，例如部分氧化、羰基化、氫化和同系化。化學(xué)工藝的一些代表性實(shí)例包括但不限于，碳質(zhì)材料氣化以制造合成氣、一氧化碳或二氧化碳的氬化以制造曱醇、乙烯的部分氧化以制造環(huán)氧乙烷、曱烷的蒸汽重整以制造合成氣、曱醇的部分氧化以制造曱醛、由合成氣制造費(fèi)托烴或醇、由氫和氮制造氨、碳質(zhì)原料的自熱重整以制造合成氣、對苯二甲酸二曱酯氫化成環(huán)己烷二甲醇、曱醇羰基化成乙酸、水煤氣轉(zhuǎn)換反應(yīng)以由一氧化碳和水制造氫和二氧化碳，或其組合。過熱的較低壓力蒸汽可用于由蒸汽渦輪機(jī)發(fā)電，用于運(yùn)行蒸汽渦輪驅(qū)動(dòng)機(jī)，或用作熱源。除非另行指明，說明書和權(quán)利要求中所用的表示成分量、如分子量之類的性質(zhì)、反應(yīng)條件等的所有數(shù)字都被理解成在所有情況下被術(shù)語"大約"修飾。相應(yīng)地，除非作出相反的指示，下列說明書和所附權(quán)利要求中所列的數(shù)值參數(shù)是近似值，其可以根據(jù)試圖通過本發(fā)明獲得的所需性質(zhì)而變動(dòng)。至少，各數(shù)值參數(shù)應(yīng)該至少根據(jù)所報(bào)道的有效位數(shù)使用普通舍入技術(shù)解釋。此外，本公開和權(quán)利要求中所列的范圍意在具體包括整個(gè)范圍而不僅是端點(diǎn)。例如，0至10的所列范圍意在公開0和IO之間的所有整數(shù)，例如l、2、3、4等，0和10之間的所有分?jǐn)?shù)，例如1.5、2.3、4.57、6.113等，以及端點(diǎn)O和IO。此外，與化學(xué)取代基相關(guān)的范圍，例如"Q至C5烴"意在具體包括和公開d和C5烴以及C2、C3和Q烴。雖然闡述本發(fā)明的大致范圍的數(shù)值范圍和參數(shù)是近似值，但具體實(shí)施例中所列的數(shù)值盡可能精確地報(bào)道。但是，任何數(shù)值固有地含有必然由其各自試驗(yàn)測量和/或計(jì)算中存在的標(biāo)準(zhǔn)偏差產(chǎn)生的某些誤差。除非文中明確地作出不同的指示，說明書和所附權(quán)利要求中所用的單數(shù)形式"a"、"an"、"the"包括其復(fù)數(shù)對象。例如，提到"熱交換器"或"蒸汽流"時(shí)，意在包括一個(gè)或多個(gè)熱交換器或蒸汽流。提到含有或包括"an"成分或"a"步驟的組合物或方法時(shí)，除了所述這種外，還意在分別包括其它成分或其它步驟。本文所用的術(shù)語"含有"或"包括"與術(shù)語"包含"同義；也就是說，在該組合物或制造品或方法中至少存在所述化合物、元素、顆粒或工藝步驟等，但除非權(quán)利要求中明確排除，否則，不排除其它化合物、催化劑、材料、顆粒、工藝步驟等的存在，即使其它的這些化合物、材料、顆輕、工藝步驟等具有與所述那種相同的功能。還要理解的是，提到一個(gè)或多個(gè)工藝步驟不排除在組合的所列步驟之前或之后的附加工藝步驟或在明確指定的那些步驟之間的中間工藝步驟。此外，工藝步驟或成分的字母標(biāo)號是一種識別分立的活動(dòng)或成分的方便手段，且除非另行指明，所列字母標(biāo)號可以以任何次序排列。本發(fā)明的方法包括從至少一個(gè)化學(xué)工藝中回收熱以產(chǎn)生高壓蒸汽。本發(fā)明中所用的高壓蒸汽可以是飽和或過熱的。可以從產(chǎn)生足以生成壓力大約4bara的蒸汽的熱量的任何化學(xué)工藝中回收熱。本文所用的術(shù)語"bara，，是指"絕對巴數(shù)"。通過本發(fā)明中列出的方式，可以將大約4bam或更高的蒸汽減壓并過熱至有用的程度。在這類工藝中，通常通過反應(yīng)器的冷卻或作為反應(yīng)后的除熱技術(shù)產(chǎn)生飽和蒸汽，即在主要壓力和溫度條件下處于其露點(diǎn)的蒸汽?；蛘?，可以將來自產(chǎn)生蒸汽的化學(xué)工藝的較低壓力蒸汽過熱，但過熱程度低于所需程度。在這種后一情況下，較低壓力蒸汽可以經(jīng)過本發(fā)明的步驟以進(jìn)一步提高其過熱程度。這類生熱化學(xué)工藝的代表性實(shí)例包括但不限于，部分氧化、羰基化、氳化、水煤氣轉(zhuǎn)換反應(yīng)、蒸汽重整和同系化。本發(fā)明的方法中可合成氣、一氧化碳或二氧化碳的氫化以制造曱醇、乙烯的部分氧化以制造環(huán)氧乙烷、曱烷的蒸汽重整以制造合成氣、甲醇的部分氧化以制造曱醛、由合成氣制造費(fèi)托烴或醇、由氫和氮制造氨、碳質(zhì)原料的自熱重整以制造合成氣、對苯二曱酸二曱酯氬化成環(huán)己烷二曱醇、曱醇羰基化成乙酸、水煤氣轉(zhuǎn)換反應(yīng)以由一氧化碳和水制造氫和二氧化碳，或其組合。該化學(xué)工藝可以例如包括碳質(zhì)材料通過與氧、水或二氧化碳反應(yīng)而部分氧化以產(chǎn)生熱和包含氫、一氧化石友和二氧化石灰的合成氣流。本文所用的術(shù)語"碳質(zhì)"是指含有碳的各種合適的原料并意在包括氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)烴、烴質(zhì)材料、及其混合物。在術(shù)語"石灰質(zhì)"的定義內(nèi)可以包括基本任何可燃的含碳有機(jī)材料或其淤漿。固態(tài)、氣態(tài)和液態(tài)進(jìn)料可以混合并同時(shí)^f吏用；這些可以以任何比例包括《連烷屬、烯烴屬、乙炔屬、環(huán)烷屬和芳族化合物。術(shù)語"碳質(zhì)"的定義內(nèi)也包括氧化的碳質(zhì)有機(jī)材料，包括碳水化合物、纖維素材料、醛、有機(jī)酸、醇、酮、一氧化碳、氧化燃料油、來自化學(xué)工藝的含氧化碳質(zhì)有機(jī)材料的廢液和副產(chǎn)物，及其混合物。本文所用的術(shù)語"合成氣"與術(shù)語"合成氣體"同義，并被理解為是指根據(jù)其生成方法主要包含氫、一氧化碳和各種雜質(zhì)的具有不同組成的氣態(tài)混合物。部分氧化法例如可以包括碳質(zhì)材料，如天然氣或石油衍生物的蒸汽或二氧化碳重整。這些方法是本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的并在商業(yè)上實(shí)施。在另一實(shí)例中，部分氧化法可以包括碳質(zhì)材料，如甲烷，煤，焦炭，褐煤，油頁巖，油砂，泥炭，生物質(zhì)，石油精煉殘?jiān)?，石油焦炭，瀝青，真空殘油，重油或其組合，通過與氧反應(yīng)來氣化，以產(chǎn)生合成氣和熱。本文所用的術(shù)語"氧"意在包括基本純的氣態(tài)的、元素的氧、或任何反應(yīng)性的含02的氣體，如空氣、具有大于大約90摩爾％氧的基本純的氧、或具有大于大約21摩爾％氧的富氧空氣?；炯兊难踉诠I(yè)中是優(yōu)選的。為了獲得基本純的氧，將空氣壓縮并隨后在空氣分離裝置中分離成基本純的氧和基本純的氮。這類裝置是工業(yè)中已知的。可以在本發(fā)明的方法中并入幾種已知?dú)饣ㄖ?。這些氣化法通常落在如"Gasification，，(C.Higman和M.vanderBurgt,Elsevier,2003)的第5章中所列的寬范疇內(nèi)。實(shí)例是移動(dòng)床氣化器，例如Lurgi干灰法、BritishGas/Lurgi造渣氣化器、Ruhr100氣化器；流化床氣化器，如Winkler和高溫Winkler法、KelloggBrownandRoot(KBR)傳送氣化器、Lurgi循環(huán)流化床氣化器、U-Gas熔聚流化床法、和KelloggRustWestinghouse》容聚^fu4b床法；和氣;充床(entrained畫flow)氣4匕器，如Texaco、Shell、Prenflo、Noell、E-Gas(或Destec)、CCP、Eagle和Koppers-Totzek法。本方法中考慮使用的氣化器可以在大約1至大約103巴絕對壓力和40(TC至2000。C的壓力和溫度范圍內(nèi)運(yùn)行，優(yōu)選的值在大約21至大約83bara和50(TC至1500。C的范圍內(nèi)。根據(jù)其中所用的碳質(zhì)或烴質(zhì)原料和用于產(chǎn)生氣態(tài)一氧化碳、二氧化碳和氫的氣化器的類型，原料的制備可以包括研磨，和一個(gè)或多個(gè)由干燥、將磨碎的原料在合適的流體(例如水、有機(jī)流體、超臨界或液態(tài)二氧化碳)中制造漿構(gòu)成的單元操作?？梢匝趸圃旌铣蓺獾牡湫吞假|(zhì)材料包括但不限于，石油殘?jiān)?、煙煤、亞煙煤和無煙煤和焦炭、褐煤、油頁巖、油砂、泥炭、生物質(zhì)、石油精煉殘?jiān)?、石油焦炭和類似物。化學(xué)工藝中產(chǎn)生的熱可以通過本領(lǐng)域中已知的任何熱交換方式，包括但不限于輻射熱交換、對流熱交換或其組合回收以產(chǎn)生高壓蒸汽。例如，在氣化法中，可以使用至少一種下列類型的熱交換器回收熱，該熱交換器選自蒸汽發(fā)生熱交換器(即鍋爐)，其中從合成氣中傳出熱以使水沸騰；殼管式；板框式；螺旋式；或一種或多種這些熱交換器的組合。例如，可以通過輻射熱交換回收來自氣化法的熱。通過流體的一部分與另一部分混合，從流體(氣體或液體)內(nèi)的一個(gè)點(diǎn)傳熱，由此實(shí)現(xiàn)對流加熱或冷卻。典型的間^接熱交^:法包^r熱傳向固體表面(通常管壁)或從固體表面(通常管壁)傳向與該壁相鄰的流體元件，然后對流到本體流體相。輻射熱傳遞包括受溫度激發(fā)的來自物體的電磁能的輻射和輻射的能量被與輻射源隔開一定距離的另一物體吸收。例如，粗制造合成氣離開氣化器，并可以在輻射合成氣冷卻器中冷卻。使用回收的熱產(chǎn)生高壓蒸汽。輻射合成氣冷卻器是本領(lǐng)域中已知的并且可以包4舌，例如，如美國專利Nos.4,310,333和4,377,132中所示和所述的垂直水冷管的至少一環(huán)。冷卻區(qū)域內(nèi)生成的蒸汽和冷凝物可以包括一種或多種具有不同壓力的蒸汽產(chǎn)物。氣體冷卻區(qū)域任選可以包含用于去除痕量雜質(zhì)如氨、氯化氫、氰化氫、和痕量金屬如汞、砷和類似物的其它吸收、吸附或冷凝步驟。高壓蒸汽可以是飽和或過熱的，并通常具有大約4至大約140bara的壓力。在另一實(shí)例中，高壓蒸汽可以具有大約20至大約120bara的壓力?？梢詫⒁徊糠指邏赫羝麥p壓以產(chǎn)生較低壓力蒸汽和剩余部分高壓蒸汽。如果高壓蒸汽是過熱的，則較低壓力蒸汽也可以是過熱的，但過熱程度不足。本文所用的術(shù)語"高壓蒸汽"和"較低壓力蒸汽"意在表示本發(fā)明的各種蒸汽流的相對而非絕對壓力。權(quán)利要求和說明書中所用的"高壓蒸汽"是指從中傳熱的蒸汽，其中術(shù)語"較低壓力蒸汽"是指熱傳向的蒸汽?？梢詼p壓或膨脹以產(chǎn)生較低壓力蒸汽的高壓蒸汽的份額或比例的代表性實(shí)例是大約40至大約95質(zhì)量％，大約50至大約80質(zhì)量％,大約60至大約95質(zhì)量％,大約70至大約95質(zhì)量％,和大約75至大約95質(zhì)量％，這些均基于高壓蒸汽的總質(zhì)量?？梢允褂帽绢I(lǐng)域已知的任何方式降低高壓蒸汽的壓力；但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員清楚知道，較低壓力蒸汽的生成將涉及使一部分高壓蒸汽膨脹。例如，本發(fā)明的方法可以包括，通過閥、渦輪或其組合使一部分高壓蒸汽膨脹。通常，高壓蒸汽與較低壓力蒸汽的壓力比為140:1至1.5:1,100:1至2:1，25:1至2:1或10:1至2:1。此外，較高壓力蒸汽和4交低壓力蒸汽通常具有大約40。C至大約250。C的水飽和溫度差。根據(jù)本發(fā)明，可以從至少一部分剩余部分高壓蒸汽向較低壓力蒸汽傳熱以由較低壓力蒸汽產(chǎn)生過熱蒸汽或在較低壓力蒸汽已過熱時(shí)提高過熱程度。本文所用的術(shù)語"過熱"被理解為是指較低壓力蒸汽在給定壓力下加熱至其露點(diǎn)以上，或如果其已過熱，是指其過熱程度提高。過熱的量通常為至少40°C。過熱的其它實(shí)例為大約2(TC至大約250°C,大約5CTC至至少150°C,和至少50。C至大約125°C。低壓和高壓蒸汽之間的熱交換可以使用本領(lǐng)域中已知的任何設(shè)備，包括殼管式熱交換器、板框式交換器、螺旋式交換器和小型板翅式交換器通過間接法進(jìn)行。本文所用的"間接熱交換"，與將高壓和較低壓力蒸汽混合在一起的"直接熱交換"不同，被理解為是指在不混合的情況下經(jīng)由一個(gè)表面交換熱。通常，熱交換器具有殼管式設(shè)計(jì)，其中在殼側(cè)上冷凝高壓蒸汽。熱交換法可以由多個(gè)串聯(lián)熱交換器實(shí)施。4妾近溫度(approachtemperature),即過熱的4交j氐壓力蒸汽和高12壓蒸汽之間的溫差，通常為大約1至大約20。C。接近溫度的其它實(shí)例為大約1至大約l(TC和大約1至大約5°C。盡管需要盡可能低，但接近溫度的實(shí)際極限極大地取決于經(jīng)濟(jì)性。熱傳遞所需的面積隨接近溫度的提高而對數(shù)提高。與剩余部分高壓蒸汽進(jìn)行熱交換的較低壓力蒸汽可以根據(jù)入口高壓蒸汽的溫度和壓力條件以及出口壓力而具有小于或等于整體(unity)的干度。本文對蒸汽所用的術(shù)語"干度"是指相對于蒸汽中水和蒸氣的總質(zhì)量，氣相蒸汽的質(zhì)量比。如果需要，可以通過如"PhaseSegregation",第3章，第129-148頁，L丄Jacobs和W.R.Penney,HandbookofSeparationProcessTechnology,R.W.Rousseau編輯，Wiley&Sons,1987中所述的本領(lǐng)域中已知的任何方式從較低壓力蒸汽中去除液態(tài)水，包括分離罐(knockoutpots)、管分離器、網(wǎng)墊、離心葉片、切線進(jìn)入型分離器(tangentialentryseparators)、除霧器或凝結(jié)器墊、波紋板、填料、旋風(fēng)分離器或文丘里洗滌器、靜電沉淀器和類合乂物。本發(fā)明中產(chǎn)生的過熱的較低壓力蒸汽可用于在蒸汽渦輪機(jī)中發(fā)電，用于運(yùn)行蒸汽渦輪驅(qū)動(dòng)機(jī)，或用作熱源。通常，可以將過熱的較低壓力蒸汽送至蒸汽渦輪機(jī)，其用于供應(yīng)原動(dòng)力以運(yùn)行壓縮機(jī)或發(fā)電機(jī)。當(dāng)送至蒸汽渦輪機(jī)時(shí)，本發(fā)明的方法中產(chǎn)生的較低壓力蒸汽的過熱程度通常產(chǎn)生大約75%至大約100%的出口干度。對于離開蒸汽渦輪機(jī)的蒸汽，出口干度的其它實(shí)例為大約80%至大約100%和大約85%至大約100%。本發(fā)明的過熱蒸汽法特別可以與通過碳質(zhì)材料的部分氧化制造合成氣的工藝，如曱烷的氣化或蒸汽重整。這類工藝在單獨(dú)或與其它化學(xué)工藝聯(lián)用時(shí)經(jīng)常產(chǎn)生大量或過量的高壓蒸汽，但缺乏過熱蒸汽。因此，本發(fā)明的另一方面是過熱蒸汽的制備方法，包括(a)使碳質(zhì)材料與氧、水或二氧化碳反應(yīng)以產(chǎn)生熱和包含氫、一氧化碳和二氧化碳的合成氣流；(b)回收熱以產(chǎn)生高壓蒸汽；和(c)通過間接熱交換從步驟(b)的至少一部分高壓蒸汽向較低上述方法;故理解為包括任意組合的如上文列出的熱回收、熱交換、蒸汽壓、蒸汽渦輪機(jī)、蒸汽減壓、蒸汽干度等的各種實(shí)施方案。例如，碳質(zhì)材料可以與氧、水或二氧化石灰反應(yīng)以產(chǎn)生熱和包含氬、一氧化碳和二氧化碳的合成氣流。如上所述，碳質(zhì)材料可以包括，但不限于，曱烷、石油殘?jiān)?、煤、焦炭、褐煤、一氧化碳、油頁巖、油砂、泥炭、生物質(zhì)、石油精煉殘?jiān)?、石油焦炭、瀝青、真空殘油、重油、或其組合。碳質(zhì)材料可以在本領(lǐng)域內(nèi)已知的任何類型的部分氧化反應(yīng)器，例如氣化器，部分氧化器或重整器中反應(yīng)。在一個(gè)實(shí)施方案中，例如，碳質(zhì)材料可以包含曱烷并在重整器中與水反應(yīng)。在另一實(shí)例中，中，、碳質(zhì):料包含一^化碳^在水煤氣轉(zhuǎn)i反應(yīng);與水反應(yīng)。5合成氣工藝生成的熱可以通過輻射熱交換、對流熱交換或其組合回收以產(chǎn)生如上所述的高壓蒸汽。高壓蒸汽可以是飽和或過熱的并通常具有大約4至140bara,或在另一實(shí)例中大約20至120bam的壓力?？梢詫⒁徊糠指邏赫羝麥p壓以產(chǎn)生較低壓力蒸汽和剩余部分高壓蒸汽?？梢允褂帽绢I(lǐng)域中已知的任何方式來降低高壓蒸汽的壓力，例如通過閥、渦輪機(jī)或其組合使一部分高壓蒸汽膨脹。較低壓力蒸汽也可以通過從用于產(chǎn)生高壓蒸汽的工藝以及與其不同的一個(gè)或多個(gè)化學(xué)工藝中回收熱來產(chǎn)生?？捎玫幕瘜W(xué)工藝的代表性實(shí)例包括水煤氣轉(zhuǎn)換反應(yīng)、一氧化碳或二氧化碳的氫化以制造甲醇、氮的氫化以制造氨、曱醇的羰基化以制造乙酸、費(fèi)托法、由一氧化石友和醇制造甲酸烷基酯，及其組合。熱回收可以通過本領(lǐng)域中/>知和上文所述的熱交換技術(shù)實(shí)現(xiàn)。在另一實(shí)施方案中，該化學(xué)工藝可以包括水煤氣轉(zhuǎn)換反應(yīng)、一氧化碳或二氧化碳的氫化以制造曱醇、氮的氫化以制造氨，或其組合。通常，水煤氣轉(zhuǎn)換反應(yīng)以催化方式通過本領(lǐng)域中已知的方法實(shí)現(xiàn)。水煤氣轉(zhuǎn)換催化劑有利地為耐硫的。例如，這類耐硫的催化劑可以包括，但不限于，鈷-鉬催化劑。運(yùn)行溫度通常為250。C至500°C?；蛘撸簹廪D(zhuǎn)換反應(yīng)可以在從含一氧化碳的反應(yīng)物氣體中去除硫后使用高溫或低溫轉(zhuǎn)換催化劑實(shí)現(xiàn)。高溫轉(zhuǎn)換催化劑，例如用鉻或銅促進(jìn)的氧化鐵在30(TC至500。C的范圍內(nèi)工作。低溫轉(zhuǎn)換催化劑，例如銅_鋅—鋁催化劑，在200。C至300。C下工作?；蛘?，當(dāng)氣體溫度高于大約90(TC時(shí)，可以不借助催化劑實(shí)現(xiàn)水煤氣轉(zhuǎn)換反應(yīng)。由于水煤氣轉(zhuǎn)14換反應(yīng)的高度放熱性質(zhì)，可以通過從水煤氣轉(zhuǎn)換反應(yīng)器的出口氣體中回收熱來產(chǎn)生蒸汽。水煤氣轉(zhuǎn)換反應(yīng)可以在本領(lǐng)域中已知的用于控制放熱反應(yīng)的熱釋放的任何反應(yīng)器形式中實(shí)現(xiàn)。合適的反應(yīng)器形式的實(shí)例是單級絕熱固定床反應(yīng)器；伴隨級間冷卻、蒸汽發(fā)生或冷造粒的多級絕熱固定床反應(yīng)器；伴隨蒸汽發(fā)生或冷卻的管式固定床反應(yīng)器；或流化床。一氧化碳或二氧化碳?xì)浠灾圃旒状嫉墓に嚳梢园ū绢I(lǐng)域技術(shù)人員公知的任何類型的曱醇合成裝置，其中許多在商業(yè)上廣泛實(shí)施。多數(shù)商業(yè)曱醇合成裝置根據(jù)所用技術(shù)在氣相中在大約25至大約140bam的壓力范圍內(nèi)使用各種銅基催化劑體系進(jìn)行。許多不同的現(xiàn)有技術(shù)已知用于合成甲醇，例如ICI(ImperialChemicalIndustries)法、Lurgi法和Mitsubishi法。液相法也是本領(lǐng)域中公知的。因此，本發(fā)明使用漿化i化劑(其中在非i應(yīng)性液體介質(zhì)如礦物油中將金屬I負(fù)^型催化劑顆粒制漿)的液體漿態(tài)曱醇反應(yīng)器。通常，4艮據(jù)所用方法，將合成氣流在大約25至大約140bam的壓力下供入曱醇反應(yīng)器。合成氣隨后在催化劑上反應(yīng)形成曱醇。合成氣流除了氫和一氧化碳外，還可以含有或不含二氧化碳。該反應(yīng)是放熱的；因此，通常要求除熱。粗制或不純曱醇隨后冷凝，并可以提純以去除雜質(zhì)，例如更高的醇，包括乙醇、丙醇和類似物，或在不"R純的情況下作為燃料燃燒。通常將包含未反應(yīng)的合成氣原料的未冷凝氣相再循環(huán)到曱醇法進(jìn)料中?；瘜W(xué)工藝也可以包括氮的氫化以制造氨。該方法可以通過Haber-Bosch法通過如LeBlance等人在"Ammonia",Kirk-OthmerEncyclopediaofChemicalTechnology,第2巻,第3版,1978，第494-500頁中例舉的本領(lǐng)域已知的方式進(jìn)行。在本發(fā)明的另一實(shí)施方案中，化學(xué)工藝可以包括如美國專利No's.5,621,155和6,682,711中所例舉的由合成氣制造烴和醇的費(fèi)托法。通常，費(fèi)托反應(yīng)可以在固定床、在淤漿床、或在流化床反應(yīng)器中進(jìn)行。費(fèi)托反應(yīng)條件可以包括使用190。C至340。C的反應(yīng)溫度，實(shí)際反應(yīng)溫度極大地取決于反應(yīng)器構(gòu)造。例如，當(dāng)使用流化床反應(yīng)器時(shí)，反應(yīng)溫度優(yōu)選為30(TC至340°C;當(dāng)使用固定床反應(yīng)器時(shí)，反應(yīng)溫度優(yōu)選為200。C至25(TC;并在使用淤漿床反應(yīng)器時(shí)，反應(yīng)溫度優(yōu)選為190。C至270。C。在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明的方法可用在集成的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電站(integratedcombinedcyclepowerplant)中,其中使煤或石油焦炭與氧反應(yīng)以產(chǎn)生合成氣，并使用該合成氣為發(fā)電和共同生產(chǎn)化學(xué)品，如甲醇、費(fèi)托烴或氨所用的燃燒渦輪機(jī)供應(yīng)燃料?？梢詮臍饣ㄖ谢厥諢嵋援a(chǎn)生高壓蒸汽，其又可用于使較低壓力蒸汽過熱，該較低壓力蒸汽通過從化學(xué)工藝中熱回收或通過降低一部分高壓蒸汽的壓力而產(chǎn)生。如上所述，可以從至少一部分較高壓力蒸汽向較低壓力蒸汽傳熱以產(chǎn)生過熱的較低壓力蒸汽。過熱的較低壓力蒸汽可用于在蒸汽渦輪機(jī)中發(fā)電，用于運(yùn)行蒸汽渦輪驅(qū)動(dòng)機(jī)，或用作熱源。當(dāng)送至蒸汽渦輪機(jī)時(shí)，本發(fā)明的方法中制成的較低壓力蒸汽的過熱程度通常將產(chǎn)生大約75%至大約100%的出口干度。對于離開蒸汽渦4侖才幾的蒸汽，出口干度的其它實(shí)例為大約80%至大約100%和大約85%至大約100%。本發(fā)明還提供了使用通過如上所述在高壓蒸汽和較低壓力蒸汽之間交換熱而產(chǎn)生的過熱的較低壓力蒸汽驅(qū)動(dòng)蒸汽渦輪機(jī)的方法。因此，本發(fā)明的另一方面是驅(qū)動(dòng)蒸汽渦輪機(jī)的方法，包括(a)使碳質(zhì)材料與氧在氣化器中反應(yīng)以產(chǎn)生熱和包含氫、一氧化碳和二氧化碳的合成氣流；(b)回收熱以產(chǎn)生高壓蒸汽；(c)通過間接熱交換從步驟(b)的至少一部分高壓蒸汽向較低壓力蒸汽傳熱以由較低壓力蒸汽產(chǎn)生過熱蒸汽；和(d)將過熱蒸汽送至蒸汽渦輪機(jī)。上述方法被理解為包括任意組合的如上文列出的熱回收、熱交換、蒸汽壓、蒸汽渦輪機(jī)、蒸汽減壓、蒸汽干度等的各種實(shí)施方案。我們的方法包括使碳質(zhì)材料，如石油殘?jiān)?、煤、焦炭、褐煤、油頁巖、油石少、泥炭、生物質(zhì)、石油^r煉殘?jiān)?、石油焦炭、瀝青、真空殘油、重油或其組合在氣化器中反應(yīng)以產(chǎn)生合成氣流。通常，碳質(zhì)材料包含煤或石油焦炭并在氣化器中與氧或含氧氣體反應(yīng)。氣化法生成的熱可以通過輻射熱交換、對流熱交換或其組合回收以產(chǎn)生如上所述的高壓蒸汽。通常，來自氣化法的熱量通過輻射熱交換回收。高壓蒸汽可以是飽和或過熱的并通常具有大約4至140bara，或在另一實(shí)例中大約20至120bam的壓力。較低壓力蒸汽可以如上所述通過降低一部分高壓蒸汽的壓力或通過從用于產(chǎn)生高壓蒸汽的工藝以及與其不同的一個(gè)或多個(gè)化學(xué)工藝中回收熱來產(chǎn)生。先前已經(jīng)描述了可用的化學(xué)工藝的代表性實(shí)例，并包括水煤氣轉(zhuǎn)換反應(yīng)、一氧化碳或二氧化碳的氫化以制造曱醇、氮的氫化以制造氨、曱醇的羰基化以制造乙酸、費(fèi)托法、由一氧化碳和醇制造曱酸烷基酯，及其組合。在另一實(shí)施方案中，該化學(xué)工藝包括水煤氣轉(zhuǎn)換反應(yīng)、一氧化碳或二氧化碳的氫化以制造曱醇、氮的氫化以制造氨，或其組合。在再一實(shí)施方案中，該化學(xué)工藝包括一氧化碳或二氧化碳的氫化以制造曱醇。在又一實(shí)施方案中，該化學(xué)工藝可以包括水煤氣轉(zhuǎn)換反應(yīng)、一氧化碳或二氧化碳的氫化以制造曱醇、氮的氬化以制造氨或其組合?？梢酝ㄟ^本領(lǐng)域中公知并如上所述的熱交換技術(shù)實(shí)現(xiàn)熱回收。如上所述，可以從至少一部分較高壓力蒸汽向較低壓力蒸汽傳熱以產(chǎn)生過熱的較低壓力蒸汽。過熱的較低壓力蒸汽可送至蒸汽渦輪機(jī)，其用于驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電或用于驅(qū)動(dòng)氣體壓縮機(jī)。本發(fā)明的方法中制成的較低壓力蒸汽的過熱程度通常產(chǎn)生大約75%至大約100%的出口干度。對于離開蒸汽渦輪機(jī)的蒸汽，出口干度的其它實(shí)例為大約80%至大約100%和大約85%至大約100%。在本文中參照圖1-5描述本發(fā)明的方法的一些實(shí)施方案。在圖1中所示的實(shí)施方案中，導(dǎo)管1中流動(dòng)的一部分高壓蒸汽導(dǎo)向?qū)Ч?并經(jīng)過控制造閥以產(chǎn)生較低壓力蒸汽4。導(dǎo)管4可以包含根據(jù)蒸汽2的溫度和壓力條件具有小于或等于整體的干度的較低壓力蒸汽。蒸汽4流經(jīng)熱交換器裝置5的一側(cè)，在此，通過與經(jīng)由導(dǎo)管3流向熱交換器裝置5另一側(cè)的剩余部分高壓蒸汽間接接觸來將蒸汽4過熱。過熱的較低壓力蒸汽經(jīng)由導(dǎo)管6離開熱交換器5。冷凝物和高壓蒸汽的任何剩余氣相部分經(jīng)由導(dǎo)管7離開?？梢越?jīng)由導(dǎo)管10從該方法中移出一部分過熱蒸汽6,并將其余蒸汽6傳送到蒸汽驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)8以提供用于產(chǎn)生電能或機(jī)械能的原動(dòng)力。來自渦輪機(jī)8的廢氣經(jīng)由管道9離開。在圖2中所示的實(shí)施方案中，導(dǎo)管1中流動(dòng)的一部分高壓蒸汽導(dǎo)向?qū)Ч?并經(jīng)過控制造閥以產(chǎn)生較低壓力蒸汽4。導(dǎo)管4可以包含根據(jù)蒸汽2的溫度和壓力條件具有小于或等于整體的干度的較低壓力蒸汽。在氣-液離析區(qū)7中從較低壓力的汽化蒸汽中分離液態(tài)水。基本不含液態(tài)水的較低壓力蒸汽經(jīng)由導(dǎo)管5離開氣-液離析區(qū)7，同時(shí)經(jīng)由導(dǎo)管6去除液態(tài)水?？梢酝ㄟ^如"phaseSegregation",第3章，第129-148頁,L.J.Jacobs和W.R.Penney,HandbookofSeparationProcessTechnology,R.W.Rousseau編輯，Wiley&Sons,1987中所述的本領(lǐng)域中已知的任何方式實(shí)現(xiàn)，包括分離罐、管分離器、網(wǎng)墊、離心葉片、切線進(jìn)入型分離器、除霧器或凝結(jié)器墊、波紋板、填料、旋風(fēng)分離器或文丘里洗滌器、靜電沉淀器和類似物。蒸汽5流經(jīng)熱交換器裝置8的一側(cè)，在此，通過與經(jīng)由導(dǎo)管3流向熱交換器裝置8另一側(cè)的剩余部分高壓蒸汽間接接觸來將蒸汽5過熱。過熱的較低壓力蒸汽經(jīng)由導(dǎo)管10離開熱交換器裝置8。冷凝物和高壓蒸汽的任何剩余氣相部分經(jīng)由導(dǎo)管9離開。可以經(jīng)由導(dǎo)管13從該方法中移出一部分過熱蒸汽10,并將其余蒸汽IO傳送到蒸汽驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)11以提供用于產(chǎn)生電能或機(jī)械能的原動(dòng)力。來自渦輪機(jī)11的廢氣經(jīng)由管道12離開。在圖3中所示的實(shí)施方案中，導(dǎo)管1中流動(dòng)的一部分高壓蒸汽導(dǎo)向?qū)Ч?并經(jīng)過控制造閥以產(chǎn)生較低壓力蒸汽4。導(dǎo)管4可以包含根據(jù)蒸汽2的溫度和壓力條件具有小于或等于整體的干度的較低壓力蒸、七〉飛。在氣-液離析區(qū)7中從較低壓力的汽化蒸汽中分離液態(tài)水?；静缓簯B(tài)水的較低壓力蒸汽經(jīng)由導(dǎo)管5離開氣-液離析區(qū)7,同時(shí)經(jīng)由導(dǎo)管6去除液態(tài)水。蒸汽5流經(jīng)熱交換器裝置8的一側(cè)，在此，通過與經(jīng)由導(dǎo)管3流向熱交換器裝置8另一側(cè)的剩余部分高壓蒸汽間接接觸來將蒸汽5過熱。過熱的較低壓力蒸汽經(jīng)由導(dǎo)管10離開熱交換器裝置8。冷凝物和高壓蒸汽的任何剩余氣相部分經(jīng)由導(dǎo)管9離開?？梢越?jīng)由導(dǎo)管20從該方法中移出一部分過熱蒸汽10，并將其余蒸汽10傳送到蒸汽驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)11以提供用于產(chǎn)生電能或機(jī)械能的原動(dòng)力。來自渦輪機(jī)11的廢氣經(jīng)由管道12離開，并在冷凝器13中冷凝以產(chǎn)生冷;疑物14。冷凝物14、流9和冷凝物6可以與補(bǔ)充水15合并以產(chǎn)生鍋爐進(jìn)料水流16。蒸汽發(fā)生區(qū)17可以包含蒸汽發(fā)生熱交換器(即鍋爐)(在此從加熱介質(zhì)傳熱以使水沸騰)和鍋爐進(jìn)料水交換器。蒸汽發(fā)生區(qū)17內(nèi)的熱傳遞可以通過輻射和/或?qū)α鳠醾鬟f機(jī)制進(jìn)行。熱經(jīng)由流19傳入?yún)^(qū)17。流19可以代表例如來自如上所述的化學(xué)反應(yīng)的熱流，或物質(zhì)流。多個(gè)熱交換器的使用被視為在本發(fā)明的范圍內(nèi)。區(qū)17內(nèi)生成的高壓蒸汽經(jīng)由導(dǎo)管1離開。區(qū)17中生成的一部分蒸汽可以導(dǎo)向?qū)Ч?8,人而離開該方法。在圖4中所示的實(shí)施方案中，導(dǎo)管1中流動(dòng)的一部分高壓蒸汽導(dǎo)向?qū)Ч?并經(jīng)過蒸汽渦輪機(jī)20以產(chǎn)生較低壓力蒸汽4和電。導(dǎo)管4可以包含根據(jù)蒸汽2的溫度和壓力條件具有小于或等于整體的干度的較低壓力蒸汽。在氣-液離析區(qū)7中從較低壓力的汽化蒸汽中分離液態(tài)水。基本不含液態(tài)水的較低壓力蒸汽經(jīng)由導(dǎo)管5離開氣-液離析區(qū)7,同時(shí)經(jīng)由導(dǎo)管6去除液態(tài)水。蒸汽5流經(jīng)熱交換器裝置8的一側(cè)，在此，通過與經(jīng)由導(dǎo)管3流向熱交換器裝置8另一側(cè)的剩余部分高壓蒸汽間接接觸來將蒸汽5過熱。過熱的較低壓力蒸汽經(jīng)由導(dǎo)管10離開熱交換器裝置8。冷凝物和高壓蒸汽的任何剩余氣相部分經(jīng)由導(dǎo)管9離開。可以經(jīng)由導(dǎo)管21從該方法中移出一部分較低壓力的過熱蒸汽10,并將其余蒸汽IO傳送到蒸汽驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)11以提供用于產(chǎn)生電能或機(jī)械能的原動(dòng)力。來自渦輪機(jī)11的廢氣經(jīng)由管道12離開，并在冷凝器13中冷凝以產(chǎn)生冷凝物14。冷;疑物14、流9和冷凝物6可以與補(bǔ)充水15合并以產(chǎn)生鍋爐進(jìn)料水流16。蒸汽發(fā)生區(qū)17可以包含蒸汽發(fā)生熱交換器(即鍋爐)(在此從加熱介質(zhì)傳熱以使水沸騰)和鍋爐進(jìn)料水交換器。蒸汽發(fā)生區(qū)17內(nèi)的熱傳遞可以通過輻射和/或只于流熱傳遞4幾制進(jìn)4亍。熱經(jīng)由流19傳入?yún)^(qū)17。流19可以代表例如來自如上所述的化學(xué)反應(yīng)的熱流，或物質(zhì)流。多個(gè)熱交換器的使用被視為在本發(fā)明的范圍內(nèi)。區(qū)17內(nèi)生成的高壓蒸汽經(jīng)由導(dǎo)管1離開。區(qū)17中生成的一部分高壓蒸汽可以導(dǎo)向?qū)Ч?8乂人而離開該方法。在圖5中所示的實(shí)施方案中，導(dǎo)管1中流動(dòng)的高壓蒸汽導(dǎo)向熱交換器裝置2的一側(cè)，以使熱傳向裝置2另一側(cè)上的較低壓力蒸汽9以產(chǎn)生過熱蒸汽10。冷凝物和高壓蒸汽的任何剩余氣相部分經(jīng)由導(dǎo)管3離開裝置2。冷凝物3可以與補(bǔ)充水4合并以產(chǎn)生進(jìn)入蒸汽發(fā)生區(qū)5的鍋爐進(jìn)料水流19。高壓蒸汽發(fā)生區(qū)5可以包含蒸汽發(fā)生熱交換器(即鍋爐)(在此從加熱介質(zhì)傳熱以使水沸騰)和鍋爐進(jìn)料水交換器。蒸汽發(fā)生區(qū)5內(nèi)的熱傳遞可以通過輻射和/或?qū)α鳠醾鬟f才幾制進(jìn)4亍。熱經(jīng)由流6傳入?yún)^(qū)5。流6可以代表例如來自化學(xué)反應(yīng)的熱流，或物質(zhì)流。多個(gè)熱交換器的使用被視為在本發(fā)明的范圍內(nèi)。區(qū)5內(nèi)生成的高壓蒸汽經(jīng)由導(dǎo)管1離開。區(qū)5中生成的一部分高壓蒸汽可以導(dǎo)向?qū)Ч?從而離開該方法?？梢越?jīng)由導(dǎo)管20從該方法中移出一部分過熱蒸汽10,并將其余蒸汽IO傳送到蒸汽驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)11以提供用于產(chǎn)生電能或機(jī)械能的原動(dòng)力。來自渦輪機(jī)11的廢氣經(jīng)由管道12離開，并在冷凝器13中冷凝以產(chǎn)生冷;疑物14。冷凝物14可以與補(bǔ)充水15合并以產(chǎn)生〗氐壓蒸汽發(fā)生區(qū)8的鍋爐進(jìn)料水流16。蒸汽發(fā)生區(qū)8可以包含蒸汽發(fā)生熱交換器(即鍋爐)(在此從加熱介質(zhì)傳熱以使水沸騰)和鍋爐進(jìn)料水交換器。蒸汽發(fā)生區(qū)8內(nèi)的熱傳遞可以通過輻射和/或?qū)α鳠醾鬟f4幾制進(jìn)4亍。熱經(jīng)由流18傳入?yún)^(qū)8。流18可以代表例如來自如上所述的化學(xué)反應(yīng)的熱流，或物質(zhì)流。多個(gè)熱交換器的使用被視為在本發(fā)明的范圍內(nèi)。區(qū)8內(nèi)生成的高壓蒸汽經(jīng)由導(dǎo)管1離開。區(qū)8中生成的一部分蒸汽可以導(dǎo)向?qū)Ч?7從而離開該方法。實(shí)施例一般原理-具體參照下列實(shí)施例更好地理解本發(fā)明。對于實(shí)施例1_9和對比例1-3，通過工藝才莫擬軟件，4吏用"ProgramComputesSteamRatesandProperties",V.Ganapathy,HydrocarbonProcessing,1988年11月，第105-108頁和標(biāo)準(zhǔn)工程教材Perry'sHandbookofChemicalEngineering,第6版，NewYork,McGmwHill，1984中所述的方法進(jìn)行熱和材料平衡計(jì)算以例示本發(fā)明的各方面。此外，除非明確地另行指明，應(yīng)該理解的是，實(shí)施例和對比例中所述的高壓蒸汽或用于產(chǎn)生高壓蒸汽的熱可以通過從如上所述的任何生熱化學(xué)工藝中回收熱來獲得，這類化學(xué)工藝?yán)缡峭ㄟ^碳質(zhì)材料的氣化或通過甲烷的20蒸汽重整制造合成氣、水煤氣轉(zhuǎn)換反應(yīng)、一氧化碳或二氧化碳的氫化以制造曱醇、通過氮的氫化制造氨、或一種或多種這些工藝的組合。對比例1—將在131bara和331.45。C下的100,000千克/小時(shí)的飽和高壓蒸汽供入出口壓力為0.12bara且機(jī)械效率為86.5%的蒸汽渦輪機(jī)以發(fā)電。該渦4侖才幾產(chǎn)生22.3MW，在渦4侖才幾出口的蒸汽干度為69.3%。實(shí)施例1-5-實(shí)施例1-5顯示了根據(jù)本發(fā)明的圖1通過改變高壓入口蒸汽減壓所達(dá)到的壓力來影響渦輪機(jī)出口蒸汽干度。將在131bara和331.45。C下的100,000千克/小時(shí)的飽和高壓蒸汽分割，并將一部分減壓。所得較低壓力蒸汽與剩余部分高壓蒸氣進(jìn)行熱交換。熱交換器中的接近溫度為5°C,即在所有情況下，過熱的較低壓力蒸汽的溫度為326.45°C。將過熱的較低壓力蒸汽供入出口壓力為0.12bara且機(jī)械效率為86.5%的蒸汽渦輪機(jī)以發(fā)電。表1顯示了對于各種較低壓力數(shù)值，根據(jù)本發(fā)明獲得的結(jié)果。表1:壓力的影響<table>tableseeoriginaldocumentpage21</column></row><table>對比例2-將在131bara和331.45。C下的IOO，OOO千克/小時(shí)的飽和高壓蒸汽供入出口壓力為0.12bara且機(jī)械效率為86.5%的蒸汽渦輪才幾以發(fā)電。該渦4侖才幾產(chǎn)生22.3MW,在渦4侖才幾出口的蒸汽干度為69.3%。來自渦輪機(jī)出口的濕蒸汽在0.12bam蒸汽的飽和溫度(49.6°C)下冷凝，在冷凝過程中釋放出165.1GJ/hr。將冷凝的蒸汽泵壓恢復(fù)至131bara并進(jìn)行熱傳遞，其中傳遞245.3GJ/hr以產(chǎn)生在131bara和331.45。C下的100,000千克/小時(shí)的飽和高壓蒸汽,完成蒸汽循環(huán)。此蒸汽循環(huán)的總效率E為32.7%，其中E=(輸入的熱量—冷凝功率)/輸入的熱量=(245.3GJ/hr-165.1GJ/hr)/245.3GJ/hr實(shí)施例6-實(shí)施例6,按照圖3的命名法，顯示了蒸汽循環(huán)的總效率。如對比例2中那樣，經(jīng)由導(dǎo)管19輸入蒸汽發(fā)生區(qū)17的熱量為245.3GJ/hr。112,350千克/小時(shí)的49.5°C的液態(tài)水在熱傳遞區(qū)17中沸騰以產(chǎn)生導(dǎo)管1中的在131bara和331.45。C下的112,350千克/小時(shí)的飽和高壓蒸汽。經(jīng)由導(dǎo)管3轉(zhuǎn)移17,550千克/小時(shí)，其余94,800千克/小時(shí)經(jīng)由導(dǎo)管2轉(zhuǎn)移并通過閥閃蒸以產(chǎn)生在42.4bara,253.8。C，91.8%干度下的飽和蒸汽。將所得較低壓力蒸汽分成在導(dǎo)管6中的7800千克/小時(shí)的飽和液體和在導(dǎo)管5中的87,000千克/小時(shí)的飽和蒸氣。導(dǎo)管5在交換器8中與導(dǎo)管3進(jìn)行熱交換。熱交換器中的接近溫度為5。C,產(chǎn)生導(dǎo)管10中的在326.45°C,42.4bara下的過熱的較低壓力蒸汽和導(dǎo)管9中的在331.45。C下的冷凝的高壓蒸汽。將導(dǎo)管10中的過熱的較低壓力蒸汽供入出口壓力為0.12bara且機(jī)械效率為86.5%的蒸汽渦輪機(jī)11以產(chǎn)生20.2MW的電能。渦輪機(jī)出口，導(dǎo)管12處的蒸汽具有83.3%的干度。在交換器13中通過去除172.8GJ/hr的能量，將導(dǎo)管12充分冷凝，并作為49.5。C的飽和液流14離開。將流14、9和6合并并泵壓恢復(fù)至131bara,供入?yún)^(qū)17中的蒸汽發(fā)生區(qū)，在此經(jīng)由導(dǎo)管19傳遞245.3GJ/hr以產(chǎn)生在131bam和331.45°C下的112,350千克/小時(shí)的飽和高壓蒸汽，完成蒸汽循環(huán)。此蒸汽循環(huán)的總效率，E，為29.6%。這一效率為對比例2中所寺艮道的效率的90.5%,但具有高得多的蒸汽渦輪機(jī)出口干度，這符合本發(fā)明的目的。實(shí)施例7-實(shí)施例7,按照圖4的命名法，顯示了蒸汽循環(huán)的總效率。如對比例2中那樣，經(jīng)由導(dǎo)管19輸入蒸汽發(fā)生區(qū)17的熱量為245.3GJ/hr。115,290千克/小時(shí)的液態(tài)水經(jīng)由導(dǎo)管16在熱傳遞區(qū)17中沸騰以產(chǎn)生經(jīng)由導(dǎo)管1離開的在131bara和331.45。C下的115,290千克/小時(shí)的飽和高壓蒸汽。經(jīng)由導(dǎo)管3轉(zhuǎn)移16,410千克/小時(shí)，其余98,880千克/小時(shí)經(jīng)由導(dǎo)管2轉(zhuǎn)移并在蒸汽渦輪機(jī)20中以86.5%機(jī)械效率膨脹以產(chǎn)生4.4MW電能和在42.4bara，253.8°C，82.3%干度下的飽和蒸汽。將所得較低壓力蒸汽分成在導(dǎo)管6中的17510千克/小時(shí)的飽和液體和在導(dǎo)管5中的81,370千克/小時(shí)的飽和蒸氣。導(dǎo)管5在交換器8中與導(dǎo)管3進(jìn)行熱交換。熱交換器中的接近溫度為5°C，產(chǎn)生導(dǎo)管10中的在326.45°C,42.4bam下的過熱的較低壓力蒸汽和導(dǎo)管9中的在331.45。C下的冷凝的高壓蒸汽。將導(dǎo)管10中的過熱的較低壓力蒸汽供入出口壓力為0.12bara且機(jī)械效率為86.5%的蒸汽渦輪機(jī)11以產(chǎn)生18.8MW的電能。渦輪機(jī)出口，導(dǎo)管12處的蒸汽具有83.3%的干度。在交換器13中通過去除161.6GJ/hr的能量，將導(dǎo)管12充分冷凝，并作為49.5。C的飽和液流14離開。將流14、9和6合并并泵壓恢復(fù)至131bam，供入?yún)^(qū)17中的蒸汽發(fā)生區(qū)，在此經(jīng)由導(dǎo)管19傳遞245.3GJ/hr以產(chǎn)生在131bam和331.45。C下的115,290千克/小時(shí)的飽和高壓蒸汽，完成蒸汽循環(huán)。此蒸汽循環(huán)的總效率，E,為34.1%。這一效率為對比例2中所報(bào)道的效率的104.2%,并具有高得多的蒸汽渦輪機(jī)出口干度，這符合本發(fā)明的目的。此外，23.2MW的總發(fā)電量比對比例2(22.3MW)的多出4.1%。對比例3—將在41.4bara和252.36。C下的100,000千克/小時(shí)的飽和高壓蒸汽供入出口壓力為0.12bara且機(jī)械效率為86.5%的蒸汽渦輪機(jī)以發(fā)電。該渦輪機(jī)產(chǎn)生20.75MW，在渦輪機(jī)出口的蒸汽干度為77.4%。來自渦輪機(jī)出口的濕蒸汽在0,12bara蒸汽的飽和溫度(49.6°C)下冷凝，在冷凝過程中釋放出184.5GJ/hr。將冷凝的蒸汽泵壓恢復(fù)至41.4bara并進(jìn)行熱傳遞，其中傳遞259.3GJ/hr以產(chǎn)生在41.4bara和252.36。C下的100,000千克/小時(shí)的飽和高壓蒸汽，完成蒸汽循環(huán)。此蒸汽循環(huán)的總效率E為28.9%,其中E=(輸入的熱量-冷凝功率)/輸入的熱量=(259.3GJ/hr-184.5GJ/hr)/259.3GJ/hr實(shí)施例8-實(shí)施例8，按照圖4的命名法，顯示了蒸汽循環(huán)的總效率。如對比例3中那樣，經(jīng)由導(dǎo)管19輸入蒸汽發(fā)生區(qū)n的熱量為259.3GJ/hr。104,860千克/小時(shí)的液態(tài)水經(jīng)由導(dǎo)管16在熱傳遞區(qū)17中沸騰以產(chǎn)生經(jīng)由導(dǎo)管1離開的在41.4bara和252.36。C下的104,860千克/小時(shí)的飽和高壓蒸汽。經(jīng)由導(dǎo)管3轉(zhuǎn)移8,070千克/小時(shí)，其余96,790千克/小時(shí)經(jīng)由導(dǎo)管2轉(zhuǎn)移并在蒸汽渦輪機(jī)20中以86.5%機(jī)械效率膨脹以產(chǎn)生6.00MW電能和在10.34bara,181.35°C，90%干度下的飽和蒸汽。將所得較低壓力蒸汽分成在導(dǎo)管6中的9,660千克/小時(shí)的飽和液體和在導(dǎo)管5中的87,130千克/小時(shí)的飽和蒸氣。導(dǎo)管5在交換器8中與導(dǎo)管3進(jìn)行熱交換。熱交換器中的接近溫度為5°C，產(chǎn)生導(dǎo)管10中的在247.36°C，10.34bara下的過熱的較低壓力蒸汽和導(dǎo)管9中的在252.36。C下的冷凝的高壓蒸汽。將導(dǎo)管10中的過熱的較低壓力蒸汽供入出口壓力為0.12bara且機(jī)械效率為86.5%的蒸汽渦輪機(jī)ll以產(chǎn)生15.2MW的電能。渦輪機(jī)出口，導(dǎo)管12處的蒸汽具有88.1%的干度。在交換器13中通過去除173.34GJ/hr的能量，將導(dǎo)管12充分冷凝，并作為49.5。C的飽和液流14離開。將流14、9和6合并并泵壓恢復(fù)至41.4bam,供入?yún)^(qū)17中的蒸汽發(fā)生區(qū)，在此經(jīng)由導(dǎo)管19傳遞259.3GJ/hr以產(chǎn)生在41.4bara和252.36°C下的104,860千克/小時(shí)的飽和高壓蒸汽，完成蒸汽循環(huán)。此蒸汽循環(huán)的總效率，E，為29.5%。這一效率為對比例2中所報(bào)道的效率的102.2%，并具有高得多的蒸汽渦輪機(jī)出口干度，這符合本發(fā)明的目的。此外，21.21MW的總發(fā)電量比對比例2(20.75MW)的多出2.2%。實(shí)施例9-實(shí)施例9顯示了如圖5中所示的本發(fā)明的實(shí)施方案。使來自吹氧的氣化器的包含57，242lbmole/hr的一氧化碳、氫、水和二氧化碳的合成氣流進(jìn)行水煤氣轉(zhuǎn)換反應(yīng)以產(chǎn)生熱轉(zhuǎn)化的合成氣。在熱傳遞區(qū)5中通過產(chǎn)生115,693千克/小時(shí)在246.7。C下的37.6bara蒸汽來去除一部分反應(yīng)熱。將合成氣在熱傳遞區(qū)8中進(jìn)一步冷卻以產(chǎn)生455,475千克/小時(shí)在147.6。C下的4.5bam蒸汽。較低壓力蒸汽經(jīng)由導(dǎo)管9離開區(qū)8，并在交換器2中通過與導(dǎo)管1中的62,600千克/小時(shí)的高壓蒸汽熱交換來過熱。交換器2中的接近溫度為5°C。455,475千克/小時(shí)的241.65。C的過熱蒸汽經(jīng)由導(dǎo)管10通過渦輪機(jī)11(86.5%效率)以產(chǎn)生66.7MW電能。導(dǎo)管12中蒸汽的出口干度為92.8%。與此相比，如果蒸汽9沒有過熱，發(fā)電量為59.9MW,出口干度為86%。權(quán)利要求1.制備過熱蒸汽的方法，包括(a)從至少一個(gè)化學(xué)工藝中回收熱以產(chǎn)生高壓蒸汽；(b)降低步驟(a)的一部分所述高壓蒸汽的壓力以產(chǎn)生較低壓力蒸汽和剩余部分的所述高壓蒸汽；和(c)從步驟(b)的至少一部分所述剩余部分的所述高壓蒸汽向所述較低壓力蒸汽傳熱以由所述較低壓力蒸汽產(chǎn)生過熱蒸汽。2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述高壓蒸汽的所述剩余部分和所述較低壓力蒸汽具有4(TC至250。C的水飽和溫度差。3.根據(jù)權(quán)利要求l的方法，其中通過從選自部分氧化、羰基化、氫化、水煤氣轉(zhuǎn)換反應(yīng)、蒸汽重整和同系化的至少一個(gè)化學(xué)工藝中回收熱來產(chǎn)生所述高壓蒸汽。4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其中所述至少一個(gè)化學(xué)工藝包括碳質(zhì)材料氣化以制造合成氣、一氧化碳或二氧化碳的氫化以制造曱醇、乙烯的部分氧化以制造環(huán)氧乙烷、曱烷的蒸汽重整以制造合成氣、曱醇的部分氧化以制造曱醛、由合成氣制造費(fèi)托烴或醇、由氫和氮制造氨、碳質(zhì)原料的自熱重整以制造合成氣、對苯二甲酸二曱酯氫化成環(huán)己烷二曱醇、甲醇羰基化成乙酸、水煤氣轉(zhuǎn)換反應(yīng)以由一氧化碳和水制造氫和二氧化碳，或其組合。5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中所述化學(xué)工藝包括碳質(zhì)材料氣化以制造合成氣。6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中步驟(a)的所述回收熱是通過輻射熱交換、對流熱交換、或其組合進(jìn)行。7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中步驟(a)的所述高壓蒸汽是飽和或過熱的并具有4至140bam的壓力。8.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中步驟(b)的所述壓力降低包括通過閥、渦輪機(jī)或其組合使所述部分的所述高壓蒸汽膨脹。9.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中將所述過熱蒸汽送至蒸汽渦輪機(jī)。10.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中所述蒸汽渦輪機(jī)產(chǎn)生具有80%至100%干度的出口蒸汽。11.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中步驟(C)的所述傳熱用殼管式熱交換器、板框式交換器、螺旋式交換器、板翅式交換器或其組合進(jìn)行。12.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述過熱蒸汽和所述剩余部分的所述高壓蒸汽具有1至2(TC的接近溫度。13.制備過熱蒸汽的方法，包括(a)使碳質(zhì)材料與氧、水或二氧化碳反應(yīng)以產(chǎn)生熱和包含氫、一氧化碳和二氧化碳的合成氣流，該碳質(zhì)材料包括曱烷、石油殘?jiān)?、一氧化碳、煤、焦炭、褐煤、油頁巖、油砂、泥炭、生物質(zhì)、石油精煉殘?jiān)?、石油焦炭、瀝青、真空殘油、重油，或其組合；(b)回收所述熱以產(chǎn)生高壓蒸汽；和(c)通過間接熱交換從步驟(b)的至少一部分所述高壓蒸汽向較低壓力蒸汽傳熱以由所述較低壓力蒸汽產(chǎn)生過熱蒸汽。14.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中使步驟(a)的所述碳質(zhì)材料在氣化器、部分氧化器或重整器中反應(yīng)。15.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中所述碳質(zhì)材料包含甲烷并在重整器中與水反應(yīng)，或所述碳質(zhì)材料包含一氧化碳并在水煤氣轉(zhuǎn)換反應(yīng)中與水反應(yīng)。16.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中所述碳質(zhì)材料包含煤或石油焦炭并在氣化器中與氧反應(yīng)。17.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其中通過閥、渦輪機(jī)或其組合使一部分的所述高壓蒸汽膨脹以降低所述部分的所述高壓蒸汽的壓力，由此產(chǎn)生所述較低壓力蒸汽。18.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其中通過從選自水煤氣轉(zhuǎn)換反應(yīng)、一氧化碳或二氧化碳的氫化以制造曱醇、氮的氫化以制造氨、甲醇的羰基化以制造乙酸、費(fèi)托法、由一氧化碳和醇制造曱酸烷基酯及其組合的至少一個(gè)化學(xué)工藝中回收熱來產(chǎn)生所述較低壓力蒸汽。19.根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其中所述化學(xué)工藝是所述水煤氣轉(zhuǎn)換反應(yīng)、一氧化碳或二氧化碳的氫化以制造曱醇、氮的氫化以制造氨，或其組合。20.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中步驟(a)的所述回收熱通過輻射熱交換、對流熱交換、或其組合進(jìn)行。21.根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中所述回收熱通過輻射熱交換進(jìn)行。22.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中步驟(a)的所述高壓蒸汽是飽和或過熱的并具有4至140bara的壓力。23.根據(jù)權(quán)利要求13-22任一項(xiàng)的方法，進(jìn)一步包括(d)將所述過熱蒸汽送至蒸汽渦輪機(jī)。24.根據(jù)權(quán)利要求23的方法，其中所述化學(xué)工藝包括一氧化碳或二氧化碳的氫化以制造曱醇。25.根據(jù)權(quán)利要求23的方法，其中所述蒸汽渦輪機(jī)產(chǎn)生具有80%至100%干度的出口蒸汽。26.根據(jù)權(quán)利要求23的方法，其中所述蒸汽渦輪機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電或驅(qū)動(dòng)氣體壓縮才幾。全文摘要公開了通過從至少一部分高壓蒸汽向較低壓力蒸汽傳熱以制造過熱的較低壓力蒸汽從而制備過熱蒸汽的方法?？梢酝ㄟ^從生熱化學(xué)工藝，如碳質(zhì)材料的部分氧化中回收熱來產(chǎn)生高壓蒸汽?？梢酝ㄟ^降低一部分高壓蒸汽的壓力或通過從一種或多種化學(xué)工藝中回收熱來產(chǎn)生較低壓力蒸汽。該過熱的較低壓力蒸汽可用于在蒸汽渦輪機(jī)中發(fā)電，用于運(yùn)行蒸汽渦輪驅(qū)動(dòng)機(jī)，或用作熱源。文檔編號F22B1/02GK101432571SQ200780014780公開日2009年5月13日申請日期2007年4月10日優(yōu)先權(quán)日2006年4月25日發(fā)明者S·D·巴尼基申請人:伊士曼化工公司