CN100441497C - 利用低温废热制备合成气体的工艺方法 - Google Patents

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Abstract

一种产生含第一热量的过程气体和含第二热量的烟道气的蒸汽-碳氢化合物转化工艺，包括：提供一个水加热器、一个锅炉供水(BFW)制备系统、一个锅炉和一个锅炉供水加热器；向水加热器供水；从水加热器向锅炉供水制备系统供水；将第一水流从锅炉供水制备系统输送到该锅炉；将第二水流从锅炉供水制备系统输送到锅炉供水加热器；利用第一热量的第一部分加热输送到锅炉供水加热器的第二水流的至少一部分；利用第一热量的第二部分加热锅炉中的水；在锅炉中产生5～60psig的蒸汽；以及利用该蒸汽加热该锅炉供水制备系统或另一内部系统。

Description

利用低温废热制备合成气体的工艺方法
发明背景
本发明涉及利用蒸汽转化来产生合成气体的工艺方法和系统，特别涉及此类工艺和设备的改进的整合，从而提高废热的回收、提高热效率和消除或尽可能缩小空气预热器的腐蚀.
图1中示出的一种典型的传统的蒸汽转化工艺和系统包括进料预处理12、任选的预转化(未示出)、蒸汽碳氢化合物转化15、用于过程气流的废热回收系列和用于烟道气流的废热回收系列。该用于过程气流的废热回收系列包括废热锅炉18、相移变换器21、进料预热器22、锅炉供水加热器24、水加热器26、锅炉供水制备系统32、冷却系29和利用压力摆动吸附(PSA)系统35的氢提纯.该用于烟道气流的废热回收系列包括过程加热线圈38、蒸汽产生系统39、空气预热器42和吸风机45.
进料预处理12通常包括预热碳氢化合物进料11与从碳氢化合物进料中除去硫、氯和其它催化剂毒物.处理后的碳氢化合物进料气体13与过程蒸汽14混合而被送入蒸汽一碳氢化合物转化装置15，在转化装置15中该混合的进料在一个镍催化剂床上面在800℃～950℃的温度下被转化为合成气体或过程气体.热量是通过多重燃烧器(未示出)燃烧PSA冲洗气体37和一部分碳氢化合物进料而供给的。
从离开蒸汽-碳氢化合物转化装置15的过程气体17中来的热量用于在过程蒸汽进入绝热的水气体相移变换器21之前在废热锅炉18中产生高压蒸汽.在该相移变换器中，一氧化碳在一个催化剂床上面与水反应而转化为二氧化碳和氢.从流出该相移变换器的过程气体20中来的热量被供应给碳氢化合物进料预热器22、锅炉供水(BFW)加热器24和制成水加热器26.然后从过程气体来的通常处于低温的残余热量被排入冷却系29中的环境内.
由热量回收形成的从过程气体中来的冷凝液31被分离和返回锅炉供水制备系统32，在该处冷凝液31与从水加热器26来的制成水27结合。结合的液流33被送入锅炉供水加热器24中.流出锅炉供水加热器的加热的锅炉供水流30被送到水流系统49.
最后，从PSA系统35中的过程气体内分离出氢产物36.离开PSA的气体37返回而在转化装置中燃烧，从而向转化过程供应热量.
一个气流(热源)的温度接近另一气流(散热器)的温度称为“窄点”(pinch point)。窄点减小用于热传递的温差驱动力.因此，为了从热源中回收小量的热量需要相当大的表面积。
在流出相移变换器21的过程气体20中的能量含量的一半以上是湿气冷凝的热量.不幸，当过程气体冷下来时，该冷凝过程呈现一窄点.该窄点限制从过程气体回收热量的能力.结果，从过程气体来的相当大的残余热量通过冷却系29排入环境.取决于该工艺的要求，排出的热量可以是流出相移变换器的过程气流中所含总热量的约20％～25％.
从离开蒸汽-碳氢化合物转化装置15的烟道气16中来的可觉察的热量通过预热过程加热线圈38中的混合进料和蒸汽产生系统39中在产生额外的高压蒸汽而得以回收.流出烟道气锅炉的烟道气流41继续预加热由空气预加热器42中的鼓风(FD)机47供应的燃烧空气48.离开空气预热器的烟道气44的温度在烟道气46通过吸风机45释放到大气中之前通常冷却到约300°F.在该温度下，该烟道气仍然含有大于在转化工厂中损失的总能量的一半的大量能量.
很难从烟道气中回收低品位或低温的热量(＜300°F)，因为：(1)没有足够量的燃烧空气来吸收全部可以利用的热量；(2)空气预热器中的腐蚀问题要求保持足够高的烟道气温度来避免湿气和/或硫的冷凝.因此，相当大量的热量被排入环境中.
美国专利No.3,071,453(James)公开一种碳氢化合物转化工艺，其中蒸汽是在25psig～100psig的压力下从过程气体废热中产生的.然后该低压蒸汽被过度加热并在一蒸汽涡轮中膨胀而产生驱动气态产物时压缩的动力.结果，该转化工艺以更有效的方式产生一股含氢的高压气流.该工艺利用在转化的热气体中可以利用的热能来消除或减少用于产物压缩的外部动力需要.
美国专利No.3,532,467(Smith等人)说明一台蒸汽涡轮和一台蒸汽转化装置怎样可以一体化而尽可能增大通过蒸汽利用的热量回收.该工艺利用高压蒸汽(400psig～1600psig)来驱动一个富氢气体的离心压缩机.在50psig～350psig下从蒸汽涡轮排出的蒸汽用作供蒸汽转化反应用的过程蒸汽.从蒸汽转化装置来的过程气体通过废热锅炉、高温相移变换器和低温相移变换器，以便将大部分CO变换为CO2.含有大部分氢、CO2和水的过程气体在包括一个低压蒸汽发生器和一个水冷却器的冷却系中冷却.气体先从冷凝液中分离，然后进入离心压缩机。
从相移变换器后的过程气体中来的废热量通过产生约40psig下的低压蒸汽而回收.该专利(Smith等人)建议在CO2除去系统中使用低压蒸汽.如果低压蒸汽的使用限于CO2除去系统的需要，那么可能仍然有相当多的低温废热通过冷却系而排到环境中.
美国专利No.4,576,226(Lipets等人)建议若干任选的方案来消除空气预热器中的空气腐蚀问题：(1)用鼓风机进行加热空气的再循环；(2)空气旁路；(3)利用从蒸汽涡轮抽出的低压蒸汽预加热的冷空气.虽然这些任选方案可以消除腐蚀，但每种方案有一个或多个缺点.
例如，加热空气再循环需要鼓风机、动力和相关设备.它也降低空气预热器的热传递性能.因此，为了从烟道气回收同等热量，必须向空气预热器增加更大的热传递表面积.
利用从蒸汽涡轮来的低压蒸汽预热冷空气将遭受能量损失或从涡轮的动力损失，而且如果不增加额外的热传递面积，从烟道气回收的热量也会减少.
空气旁路会由于从烟道气回收较少的热量而损失热量.美国专利No.2,320,911(Cooper)利用阻尼器控制冷空气流速来将金属温度保持在高于烟道气露点，该方案遇到同一问题.
美国专利No.4,693,233(Meith等人)使用一个管状空气预热器，其中热烟道气在管侧中流动，而冷空气在壳侧中流动.管内的烟道气保持在10ft/sec～100ft/sec的表面速度.加速的空气再循环而这样保持金属温度，使得管内侧上形成的液滴足够小而能够利用高速烟道气除去.结果，管内不出现大液滴或冷凝液流.但是，高的气体速度需要更多的风机动力.加热空气再循环将遇到上述同样缺点.控制金属温度来产生小的液滴很严格，并使空气预热器的设计变复杂。
希望有一种一体化的蒸汽转化工艺和系统，它们能最大限度地利用低压蒸汽并提高从烟道气来的废热的回收率，从而形成比现有技术高的总热效率。
还希望消除或尽量减少蒸汽转化工艺和系统统中的空气预热器的腐蚀.
也希望有一种其性能优于现有技术的蒸汽转化工艺和系统，它们也能克服现有技术的许多困难和缺点，从而提供更好更有利的结果.
发明概要
本发明是一种用于在接受碳氢化合物进料流和蒸汽流的蒸汽-碳氢化合物转化装置中用蒸汽转化碳氢化合物的工艺和系统，该蒸汽-碳氢化合物转化装置产生含有第一热量的过程气体流和含有第二热量的烟道气流.有该工艺的若干实施例和变化方案以及该系统的若干实施例和变化方案.
在本发明的讨论中，参考到对一股气流或一部分气流进行“最终进料”或“最终加热”(或类似的术语或用语).该技术的专业人员将会理解，相对于该工艺，这些术语意味着，在该气流或部分气流被加热或输送到某一位置(或传送等)之前可能(或可能不)存在其它处理步骤.相对于该系统，这些术语意味着，在该气流或部分气流被加热或输送到某一位置(或传送等)之前，可能(或可能不)存在进行其它处理步骤的其它方法.
该工艺的第一实施例包括多个步骤.第一步骤提供一个水加热器、一个与该水加热器成流体连通的锅炉供水制备系统、一个与该锅炉供水制备系统成流体连通的锅炉以及一个与该锅炉共水制备系统成流体连通的第一锅炉供水加热器，该锅炉适合于产生压力为约5psig～约60psig的蒸汽流.第二步骤是将水流输送到水加热器.第三步骤是将从该水加热器来的至少一部分水最终输送到该锅炉供水制备系统.第四步骤是将第一水流从该锅炉供水制备系统输送到锅炉。第五步骤是将第二水流从该锅炉供水制备系统输送到第一锅炉供水加热器.第六步骤是用处于第一温度的第一热量的第一部分最终加热输送到第一锅炉供水加热器的第二水流的至少一部分.第七步骤是用第一热量的第二部分最终加热锅炉中水的至少一部分.第八步骤是在锅炉中产生压力为约5psig～约60psig的蒸汽流.第九步骤是用蒸汽流的至少一部分最终加热该锅炉供水制备系统或与该蒸汽-碳氢化合物转化装置成直接或间接流体连通的另一内部系统.在该第一实施例的一个变化方案中，产生的蒸汽流处于约5psig～约40psig的压力下.
该工艺的第二实施例类似于第一实施例，但包括补充步骤。第一补充步骤是提供一个第二锅炉供水加热器和一个第三锅炉供水加热器.第二补充步骤是将一个第三水流的第一部分从第一锅炉供水加热器输送到第二锅炉供水加热器.第三补充步骤是将该第三水流的第二部分从第一锅炉供水加热器输送到第三锅炉供水加热器.第四补充步骤是用处在比第一温度高的第二温度的第一热量的一个第三部分来最终加热送到第二锅炉供水加热器的第三水流的第一部分的至少一部分.第五补充步骤是用处在第一温度的第二热量的一个第一部分来最终加热送到第三锅炉供水加热器的第三水流的第二部分的至少一部分.
该工艺的第三实施例类似于第二实施例，但包括第六、第七和第八补充步骤.第六补充步骤是提供一个燃料预热器.第七补充步骤是向该燃料预热器输送一股燃料流.第八补充步骤是用处于比第二温度低的第三温度的第一热量的第四部分最终加热该燃料预热器中的至少一部分燃料.
该工艺的第四实施例类似于第一实施例，但包括补充步骤.第一补克步骤是提供一个氧化剂预热器.第二补充步骤是提供一股氧化剂流.第三补充步骤是用蒸汽流的另一部分或用从一冷却系来的或从另一与该蒸汽-碳氢化合物转化装置成直接或间接的流体连通的内部源来的一股暖空气流加热该氧化剂流的至少一部分.第四补充步骤是将加热的氧化剂流送到氧化剂预热器中.第五补充步骤是用处于第二温度下的第二热量的第二部分最终进一步加热该氧化剂预热器中加热的氧化剂流的至少一部分.在该第四实施例的一种变化方案中，该氧化剂是空气或其氧浓度大于约10％的另一种气体混合物.
该工艺的第五实施例类似于第一实施例，但包括补充步骤.第一补充步骤是提供一个节约器.第二补充步骤是将从水加热器来的至少一部分水传送通过该节约器，然后将该部分水的至少一部分最终输送到锅炉供水制备系统.第三补充步骤是用处于另一温度下的第二热量的第二部分来最终加热被通过该节约器而传送的至少一部分水流。
该工艺的第六实施例类似于该工艺的第二实施例，但包括相对于该工艺的第四实施例的上述补充步骤.在第六实施例的一个变化方案中，该氧化剂是一种除了空气以外的具有大于约10％的氧浓度的气体混合物.
该工艺的第七实施例类似于该工艺的第二实施例，但包括相对于该工艺的第五实施例的上述补充步骤.
该系统的第一实施例包括多个部件.该第一部件是一组设备，包括一个水加热器、一个与该水加热器成流体连通的锅炉供水制备系统、一个与该锅炉供水制备系统成流体连通的锅炉和一个与该锅炉供水制备系统成流体连通的第一锅炉供水加热器，该锅炉适合于产生压力约5psig～约60psig的蒸汽流.第二部件是一个用于将水流输送到水加热器的机构.第三部件是一个用于将至少一部分水从该水加热器最终输送到该锅炉供水制备系统的机构.第四部件是一个用于将第一水流从锅炉供水制备系统输送到锅炉的机构.第五部件是一个用于将第二水流从锅炉供水制备系统输送到第一锅炉供水加热器的机构.第六部件是一个用处于第一温度的第一热量的第一部分最终加热送到第一锅炉供水加热器的第二水流的至少一部分的机构.第七部件是一个用第一热量的第二部分最终加热锅炉中至少一部分水的机构.第八部件是一个用于在锅炉中产生压力为约5psig～约60psig的蒸汽流的机构.第九部件是一个用蒸汽流的至少一部分最终加热该锅炉供水制备系统或与该蒸汽一碳氢化合物转化装置成直接或间接流体连通的另一内部系统的机构.在该系统的第一实施例的一个变化方案中，产生的蒸汽流处于约5psig～约40psig的压力下.
该系统的第二实施例类似于该系统的第一实施例，但包括补充部件.第一补充部件是一组包括第二锅炉供水加热器和第三锅炉供水加热器的设备.第二补充部件是一个用于将第三水流的第一部分从第一锅炉供水加热器输送到第二锅炉供水加热器的机构.第三补充部件是一个用于将第三水流的第二部分从第一锅炉供水加热器输送到第三锅炉供水加热器的机构.第四补充部件是一个利用处于比第一温度高的第二温度的第一热量的第三部分来最终加热送到第二锅炉供水加热器的第三水流的第一部分的至少一部分的机构.第五补充部件是一个利用处于第一温度的第二热量的第一部分来最终加热送到第三锅炉供水加热器的第三水流的第二部分的至少一部分的机构.
该系统的第三实施例类似于该系统的第二实施例，但包括第六、第七和第八补充部件.第六补充部件是一个燃料预热器.第七补充部件是一个用于将一燃料流输送到该燃料预热器的机构.第八补充部件是一个利用处于比第二温度低的第三温度的第一热量的第四部分来最终加热该燃料预热器中的至少一部分燃料的机构.
该系统的第四实施例类似于第一实施例，但包括补充部件.第一补充部件是一个氧化剂预热器.第二补充部件是一个氧化剂流源.第三补充部件是一个利用其它蒸汽流的另一部分或利用从一冷却系来的或从一与该蒸汽一碳氢化合物转化装置成直接或间接流体连通的其它内部源来的温暖空气流来加热至少一部分氧化剂流的机构.第四补充部件是一个用于将加热的氧化剂流输送到该氧化剂预热器的机构.第五补克部件是一个利用处于第二温度的第二热量的第二部分来最终进一步加热第一氧化剂预热器中加热的氧化剂流的至少一部分.在该系统的第四实施例的一个变化方案中，该氧化剂是空气或其氧浓度大于约10％的另一气体混合物.
该系统的第五实施例类似于该系统的第一实施例，但包括补充部件.第一补充部件是一个节约器.第二补充部件是一个用于将至少一部分水流从水加热器通过该节约器而输送然后将该至少一部分水流输送到该锅炉供水制备系统的机构.第三补充部件是一个利用处于另一温度的第二热量的第二部分来最终加热被通过该节约器输送的至少一部分水流的机构.
该系统的第六实施例类似于该系统的第二实施例，但包括上面对该系统的第四实施例所提出的补充部件.在该系统的第六实施例的一个变化方案中，该氧化剂是一种除了空气以外的含有大于约10％的氧浓度的气体混合物.
该系统的第七实施例类似于该系统的第二实施例，但包括上面对该系统的第五实施例所提出的补充部件.
附图简述
下面参照附图作为例子描述本发明，附图中：
图1是一种典型的现有技术的蒸汽-碳氢化合物转化工艺和系统的示意流程图；
图2是本发明的一个实施例的示意流程图；
图3是本发明的另一实施例的示意流程图；
图4是本发明的另一实施例的示意流程图；以及
图5是本发明的另一实施侧的示意流程图.
发明详述
本发明是一种提高产生合成气体或氢的蒸汽转化工厂的总效率的一体化工艺.从锅炉供水(BFW)预热器下游的过程气体废热产生一种低压(LP)蒸汽.该低压蒸汽用于在空气进入空气预热器之前使冷空气变暖，由此消除或尽可能减小空气预热器中的腐蚀问题.该低压蒸汽也用于替代锅炉供水制备系统中的高压蒸汽.作为一种代替物，从冷却系(或另一内部源)来的暖空气可用于替代该低压蒸汽而消除该空气预热器腐蚀问题.
锅炉供水在春分成两股液流之前在锅炉供水预加热器的第一级中预加热到300°F～390°F最好为330°F～370°F的温度.一股液流返回并在锅炉供水预热器的第二级中受到加热，而该第二液流在烟道气流中进一步受到加热.该第二液流用于在烟道气侧中打开一个冷却曲线窄点.腐蚀问题的消除和冷却曲线窄点的打开允许在烟道气通过一叠层而释放到环境中之前进一步回收烟道气的可觉察的热量.此外，锅炉供水的分裂也打开过程气体中的冷却曲线窄点(或尽可能减小其影响)，与传统的蒸汽转化工厂相比，这可以进一步回收该过程气体的热量.
图2～5中例示本发明的几个实施例，其中的标号与图1中相同的部件、气流和液流的标号相同.图2和3中例示的实施例的讨论参照“空气”和“空气”预热器.但是，该技术的专业人员将认识到，除了空气以外的氧化剂可以用于这些实施例和其它变化方案.
氧化剂是与燃料反应而释放燃料中能量所需的氧的来源。氧化剂可以是空气、纯氧、富氧空气、氧含量小于大气中氧水平的贫化空气如从燃气轮机排气中得来的，或者这些气体中任何一种与炉内气体的混合物，如用于气体再循环用途的.此处列举的氧化剂仅作为例子而提供，并不限制本发明的范围，因为该技术的专业人员将会理解，本发明可以采用其它氧化剂以及各种氧化剂和氧化剂流的许多组合和混合物。
在图2中所示的本发明的一个实施例中，水流110取自锅炉供水(BFW)制备系统32并被泵抽到一个低压(LP)锅炉111如釜式锅炉中.在该低压锅炉中利用最好(但并非必须)从锅炉供水加热器24的出口来的过程气体废热而产生5psig～60psig最好5psig～40psig的低压蒸气113.一部分低压蒸汽114用于在冷的燃烧空气流48进入空气预热器42之前间接地加热该气流48.结果，从过程气流来的一些废热间接地用于在燃烧空气进入空气预热器之前使燃烧空气变暖.
该变暖的燃烧空气48足以将空气预热器42的金属温度保持在高于烟道气流41的气体露点.因此，不再需要烟道气的高温要求，从而避免了现有技术的工艺/系统中的空气预热器腐蚀问题.因而，可以从烟道气中回收更大量的可觉察的热量.
为了从烟道气中回收可觉察的低温热量，在锅炉供水加热器24中将锅炉供水流116预热到300°F～390°F最好是330°F～370°F的温度并将其分成两股水流.第一股水流118被送到空气预热器42上游的烟道气侧中的锅炉供水加热器119中，而第二股水流117继续在锅炉供水加热器123中加热.流出锅炉供水加热器123的已加热的锅炉供水流130被送到蒸汽系统49中.在烟道气的锅炉供水加热器119中，取出的锅炉供水流118被烟道气继续加热并被送到蒸汽系统49中.
空气预热器也分成两级.第一级是空气预热器42，第二级是空气预热器120.锅炉供水加热器119位于这两个空气预热器之间以完成一体化.
低压蒸汽115的一部分用作热源来替换用于锅炉供水制备系统32、低压冷凝液洗提器(未示出)、氨蒸发系统(未示出)或需要低温或低品位热量的任何其它内部系统(未示出)中的降低的高压蒸汽。
在图3中示出的另一实施例中，过程气体124流出锅炉供水加热器123并分成两股气流。一股气流211用于为内部过程提供热量，例如为进料或燃料预热器213.第二股气流212用于加热锅炉供水加热器24中的锅炉供水.在该配置中，低压锅炉111可以安置在进料或燃料加热器213的下游，或在两股气流(211，212)被重新合并之后，如图3中所示.
图4中示出本发明的另一实施例，其中该蒸汽转化工厂并没有空气预热器.制成水27或脱矿质水在制成水加热器26中预热.从制成水加热器的出口出来的暖水311在其送入锅炉供水制备系统32之前在节约器312中继续受热.
图5中示出本发明的另一实施例，其中该蒸汽转化工厂并没有空气预热器.在锅炉供水加热器123下游的过程气体124分成两股气流.一股气流211用于为内部过程如进料或燃料提供热量，而第二股气流212用于加热锅炉供水加热器24中的锅炉供水.在该配置中，低压锅炉111可以安置在进料或燃料加热器213的下游，或在两个气流(211，212)重新合并之后，如图5中所示.制成水或脱矿质水27在制成水加热器26中预热，并在暖水送到锅炉供水制备系统32之前继续在烟道气侧中在节约器312中受到加热.
在该一体化工艺的另一变化方案中，利用从冷却系29(或另一内部源)来的暖空气代替从低压锅炉111来的低压蒸汽来预热进入空气预热器42之前的冷燃烧空气48，以消除或尽可能减小空气预热器中的腐蚀问题.
本发明的工艺一体化有几个好处.首先，可以利用从低压蒸汽来的热量使进入空气预热器之前的冷燃烧空气变暖.该冷的燃烧空气通常导致空气预热器中的腐蚀问题，特别在寒冷季节期间.因此，在传统的蒸汽转化装置工厂中离开该空气预燃器的烟道气的温度通常设计得足够地高，以避免该问题.离开该空气预热器的烟道气高温导致通过叠层向环境的能量损失.利用低压蒸汽消除了腐蚀问题并允许烟道气在低得多的温度下离开空气预热器.
其次，在锅炉供水预热器中由于过程气体中水的冷凝而有一个冷却曲线窄点.该过程气体窄点限制从流出相移变换器的过程气体中回收更多热量的能力.锅炉供水分流或本发明中建议的过程气体的分流打开了该窄点(或尽可能减小了窄点的影响)，并可以从过程气体中回收更多的热量.
第三，通过利用低压蒸汽而解决了空气预热器中的腐蚀问题.但是，由于空气预热器中的冷支曲线窄点，空气预热器中烟道气的可觉察的热量的回收受到限制.从过程气体侧来的锅炉供水蒸汽在空气预热器上游的烟道气侧中被继续加热，从而打开空气预热器的窄点，这使得可以从烟道气中回收额外的热量.
第四，该低压蒸汽替代了降低的高压蒸汽，这允许该工厂输出额外的高压蒸汽.
最后，该低压锅炉从过程蒸汽回收热量，该热量通常被排放在冷却系中.因此，冷却系所需的设备大大减少，这是该设备的任务.
减少冷却系中的过程气体的废热和从烟道气回收额外的热量显著提高了本发明相对于传统的蒸汽甲烷转化(SMR)工艺的一体化过程的总效率.由于回收否则会通过传统工艺/系统的冷却系和吸风机而排入环境的相当大量的废热，本发明提高了蒸汽转化工厂的总效率.
例子
为了证明本发明的一体化工艺相对于现有技术工艺的效率提高，表1提供了图1(现有技术)和图2(本发明)中所示的工艺的试验结果.在两个工艺中，氢的产生速率是每小时4,000,000标准立方英尺.两个工艺消耗作为通到转化工艺的进料的同样数量的能量和通到转化装置的补充燃料.
表1
  蒸汽甲烷转化(SMR)工艺   现有技术工艺图1   本发明图2
  氢产生能力   MMscfh   4.00   4.00
  净蒸汽生产速率(645psi/750°F)   Klb/hr   160,000   186,000
  总天然气消耗   MMBtu/hr   1,727   1,728
  通往烟道气侧的锅炉供水质量流@350°F   lb/hr   0   155,000
  烟道气流动速率   lb/hr   736,000   738,000
  通往吸风机的烟道气入口温度   °F   300   265
  过程气体流动速率   lb/hr   288,500   289,550
  通往冷却系的过程气体温度   °F   260   197
  低压蒸汽流动速率(45psi/275°F)   lb/hr   0   22,000
  从烟道气的额外能量回收   MMBtu/hr   0   6.96
  从过程气体的额外能量回收   MMBtu/hr   0   30.07
在图2中所示的本发明的实施例中，从锅炉供水加热器24来的水流118在350°F的温度和155,000lb/hr的流动速率下撤回.在锅炉供水加热器24下游的低压蒸汽锅炉111产生22,000lb/hr的275°F和45psi的蒸汽.低压蒸汽的一半用于锅炉供水制备系统32中，而另一半用于预热冷的燃烧空气48.
该试验结果表明，本发明的一体化工艺从过程气体冷却系29中回收约30MM Btu/hr的额外能量，这导致通往冷却系的过程气流的温度下降63°F。同时，该工艺从烟道气中回收约7MM Btu/hr的额外能量，这导致通往叠层柱的烟道气流46的温度下降35°F。结果，从过程气体的废热和烟道气的废热中回收了总量为37MM Btu/hr的额外能量.在本发明的内部过程中有效地使用低压蒸汽导致比现有技术工艺的蒸汽多生产额外的26,000lb/hr的高压蒸汽(@750°F和645psi)。因此，该蒸汽碳氢化合物转化工艺的总热效率得到显著的提高而排入环境的热量减少了.
虽然本文参照某些特定的实施例进行了例示和描述，但本发明并不想限于所示的细节.相反，可以在权利要求书的等同物的范围和限度内对细节的各种修改而并不背离本发明的精神.

Claims (20)

1.一种用于在接受碳氢化合物进料流和蒸汽流的蒸汽-碳氢化合物转化装置中用蒸汽转化碳氢化合物的工艺方法，该蒸汽-碳氢化合物转化装置产生含有第一热量的过程气流和含有第二热量的烟道气流，该工艺方法包括以下步骤：
提供一个水加热器、一个与该水加热器成流体连通的锅炉供水制备系统、一个与该锅炉供水制备系统成流体连通的锅炉和一个与该锅炉供水制备系统成流体连通的第一锅炉供水加热器，该锅炉适合于产生压力为5psig～60psig的蒸汽流；
将一水流输送到该水加热器；
将来自该水加热器的至少一部分水最终输送到该锅炉供水制备系统；
将第一水流从该锅炉供水制备系统输送到该锅炉；
将第二水流从该锅炉供水制备系统输送到该第一锅炉供水加热器；
利用处于第一温度的该第一热量的第一部分最终加热被送到该第一锅炉供水加热器的第二水流的至少一部分；
利用该第一热量的第二部分最终加热该锅炉中水的至少一部分；
在该锅炉中产生压力为5psig～60psig的蒸汽流；以及
利用该蒸汽流的至少一部分最终加热该锅炉供水制备系统或与该蒸汽-碳氢化合物转化装置直接或间接成流体连通的另一内部系统。
2.一种如权利要求1中的工艺方法，其特征在于还包括以下步骤：
提供一个第二锅炉供水加热器和一个第三锅炉供水加热器；
将第三水流的第一部分从该第一锅炉供水加热器输送到该第二锅炉供水加热器；
将该第三水流的第二部分从该第一锅炉供水加热器输送到该第三锅炉供水加热器；
利用处于比该第一温度高的第二温度的该第一热量的第三部分最终加热被送到该第二锅炉供水加热器的该第三水流的该第一部分的至少一部分；以及
利用处于初始温度的该第二热量的第一部分最终加热被送到该第三锅炉供水加热器的该第三水流的第二部分的至少一部分。
3.一种如权利要求2中的工艺方法，其特征在于还包括以下步骤：
提供一个燃料预热器；
将一股燃料流输送到该燃料预热器；以及
利用处于比该第二温度低的第三温度的该第一热量的第四部分最终加热该燃料预热器中的该燃料的至少一部分。
4.一种如权利要求1中的工艺方法，其特征在于还包括以下步骤：
提供一个氧化剂预热器；
提供一股氧化剂流；
利用另一部分蒸汽流或利用一股来自一冷却系的或来自一与该蒸汽-碳氢化合物转化装置直接或间接成流体连通的另一内部源的暖空气流来加热该氧化剂流的至少一部分；
将该被加热的氧化剂流输送到该氧化剂预热器；以及
利用处于第二温度的该第二热量的第二部分来最终进一步加热该氧化剂预热器中的该被加热的氧化剂流的至少一部分。
5.一种如权利要求1中的工艺方法，其特征在于还包括以下步骤：
提供一个节约器；
在将至少一部分水最终输送到该锅炉供水制备系统之前将来自该水加热器的至少一部分水流经该节约器传送；以及
利用处于另一温度的该第二热量的第二部分最终加热经该节约器被传送的该至少一部分水流。
6.一种如权利要求4中的工艺方法，其特征在于，该氧化剂是空气或另一含有大于10％的氧浓度的气体混合物。
7.一种如权利要求1中的工艺方法，其特征在于，该产生的蒸汽流其压力为5psig～40psig。
8.一种用于在接受碳氢化合物进料流和蒸汽流的蒸汽-碳氢化合物转化装置中用蒸汽转化碳氢化合物的工艺方法，该蒸汽-碳氢化合物转化装置产生含有第一热量的过程气流和含有第二热量的烟道气流，该工艺方法包括以下步骤：
提供一个水加热器、一个与该水加热器成流体连通的锅炉供水制备系统、一个与该锅炉供水制备系统成流体连通的锅炉和一个与该锅炉供水制备系统成流体连通的第一锅炉供水加热器，该锅炉适合于产生压力为5psig～40psig的蒸汽流；
将一水流输送到该水加热器；
将从该水加热器来的至少一部分水最终输送到该锅炉供水制备系统；
将第一水流从该锅炉供水制备系统输送到该锅炉；
将第二水流从该锅炉供水制备系统输送到该第一锅炉供水加热器；
利用处于第一温度的该第一热量的第一部分最终加热被送到该第一锅炉供水加热器的第二水流的至少一部分；
利用该第一热量的第二部分最终加热该锅炉中水的至少一部分；
在该锅炉中产生压力为5psig～40psig的蒸汽流；
利用该蒸汽流的至少一部分最终加热该锅炉供水制备系统或与该蒸汽-碳氢化合物转化装置成直接或间接流体连通的另一内部系统；
提供一个第二锅炉供水热水器和一个第三锅炉供水热水器；
将第三水流的第一部分从该第一锅炉供水热水器输送到该第二锅炉供水热水器；
将该第三水流的第二部分从该第一锅炉供水热水器输送到该第三锅炉供水热水器；
利用处于比该第一温度高的第二温度的该第一热量的第三部分最终加热被送到该第二锅炉供水加热器的该第三水流的该第一部分的至少一部分；
利用处于初始温度的该第二热量的第一部分最终加热被送到该第三锅炉供水加热器的该第三水流的第二部分的至少一部分；
提供一个氧化剂预热器；
提供一股氧化剂流；
利用另一部分蒸汽流或利用一股来自一冷却系的或来自一与该蒸汽-碳氢化合物转化装置直接或间接成流体连通的另一内部源的暖空气流来加热该氧化剂流的至少一部分；
将该被加热的氧化剂流输送到该氧化剂预热器；以及
利用处于比该初始温度低的第二温度的该第二热量的经二部分来最终进一步加热该氧化剂预热器中的被加热的氧化剂流的至少一部分。
9.一种用于在接受碳氢化合物进料流和蒸汽流的蒸汽-碳氢化合物转化装置中用蒸汽转化碳氢化合物的工艺方法，该蒸汽-碳氢化合物转化装置产生含有第一热量的过程气流和含有第二热量的烟道气流，该工艺方法包括以下步骤：
提供一个水加热器、一个与该水加热器成流体连通的锅炉供水制备系统、一个与该锅炉供水制备系统成流体连通的锅炉和一个与该锅炉供水制备系统成流体连通的第一锅炉供水加热器，该锅炉适合于产生压力为5psig～40psig的蒸汽流；
将一水流输送到该水加热器；
将从该水加热器来的至少一部分水最终输送到该锅炉供水制备系统；
将第一水流从该锅炉供水制备系统输送到该锅炉；
将第二水流从该锅炉供水制备系统输送到该第一锅炉供水加热器；
利用处于第一温度的该第一热量的第一部分最终加热被送到该第一锅炉供水加热器的第二水流的至少一部分；
利用该第一热量的第二部分最终加热该锅炉中水的至少一部分；
在该锅炉中产生压力为5psig～40psig的蒸汽流；
利用该蒸汽流的至少一部分最终加热该锅炉供水制备系统或与该蒸汽-碳氢化合物转化装置成直接或间接流体连通的另一内部系统；
提供一个第二锅炉供水加热器和一个第三锅炉供水加热器；
将第三水流的第一部分从该第一锅炉供水加热器输送到该第二锅炉供水加热器；
将该第三水流的第二部分从该第一锅炉供水加热器输送到该第三锅炉供水加热器；
利用处于比该第一温度高的第二温度的该第一热量的第三部分最终加热被送到该第二锅炉供水加热器的该第三水流的该第一部分的至少一部分；
利用处于初始温度的该第二热量的第一部分最终加热被送到该第三锅炉供水加热器的该第三水流的第二部分的至少一部分；
提供一个节约器；
在将该至少一部分水最终输送到该锅炉供水制备系统之前将来自该水加热器的至少一部分水流经该节约器传送；以及
利用处于比该初始温度低的另一温度的该第二热量的第二部分最终加热经该节约器被传送的该至少一部分水流。
10.一种如权利要求8的工艺方法，其特征在于，该氧化剂是一种除了空气以外的其氧浓度大于10％的气体混合物。
11.一种用于在接受碳氢化合物进料流和蒸汽流的蒸汽-碳氢化合物转化装置中用蒸汽转化碳氢化合物的系统，该蒸汽-碳氢化合物转化装置产生含有第一热量的过程气流和含有第二热量的烟道气流，该系统包括：
一个水加热器，一个与该水加热器成流体连通的锅炉供水制备系统，一个与该锅炉供水制备系统成流体连通的锅炉，和一个与该锅炉供水制备系统成流体连通的第一锅炉供水加热器，该锅炉适合于产生压力为5psig～60psig的蒸汽流，
用于将一水流输送到该水加热器的机构；
用于将至少一部分水从该水加热器最终输送到该锅炉供水制备系统的机构；
用于将第一水流从该锅炉供水制备系统输送到该锅炉的机构；
用于将第二水流从该锅炉供水制备系统输送到该第一锅炉供水加热器的机构；
利用处于第一温度的该第一热量的第一部分最终加热被送到该第一锅炉供水加热器的第二水流的至少一部分的机构；
利用该第一热量的第二部分最终加热该锅炉中至少一部分水的机构；
用于在该锅炉中产生压力为5psig～60psig的蒸汽流的机构；以及
利用至少一部分蒸汽流最终加热该锅炉供水制备系统或与该蒸汽-碳氢化合物转化装置直接或间接成流体连通的另一内部系统的机构。
12.一种如权利要求11中所述的系统，其特征在于还包括：
一个第二锅炉供水加热器和一个第三锅炉供水加热器；
用于将一个第三水流的第一部分从该第一锅炉供水加热器输送到该第二锅炉供水加热器的机构；
用于将该第三水流的第二部分从该第一锅炉供水加热器输送到该第三锅炉供水加热器的机构；
利用处于比该第一温度高的第二温度的该第一热量的第三部分来最终加热被送到该第二锅炉供水加热器的该第三水流的第一部分的至少一部分的机构；以及
利用处于初始温度的第二热量的第一部分最终加热被送到该第三锅炉供水加热器的该第三水流的第二部分的至少一部分的机构。
13.一种如权利要求12中的系统，其特征在于，还包括：
一个燃料预热器；
用于将一燃料流输送到该燃料预热器的机构；以及
利用处于比该第二温度低的第三温度的该第一热量的第四部分来最终加热该燃料预热器中的至少一部分燃料的机构。
14.一种如权利要求11中的系统，其特征在于，还包括：
一个氧化剂预热器；
一个氧化剂流的源；
利用该蒸汽流的另一部分或利用一股来自一冷却系的或来自一与该蒸汽-碳氢化合物转化装置直接或间接成流体连通的另一内部源的暖空气流来加热该氧化剂流的至少一部分的机构；
用于将该被加热的氧化剂流输送到该氧化剂预热器的机构；以及
利用处于第二温度的该第二热量的第二部分最终进一步加热该第一氧化剂预热器中的该被加热的氧化剂流的至少一部分的机构。
15.一种如权利要求11中的系统，其特征在于，还包括：
一个节约器；
用于在将该至少一部分水最终输送到该锅炉供水制备系统之前将至少一部分水流从该水加热器经该节约器传送的机构；以及
利用处于另一温度的该第二热量的第二部分最终加热经该节约器被传送的至少一部分水流的机构。
16.一种如权利要求14中的系统，其特征在于，该氧化剂是空气或具有大于约10％的氧浓度的另一气体混合物。
17.一种如权利要求11中的系统，其特征在于，该所产生的蒸汽流的压力为5psig～40psig。
18.一种用于在接受碳氢化合物进料流和蒸汽流的蒸汽-碳氢化合物转化装置中用蒸汽转化碳氢化合物的系统，该蒸汽-碳氢化合物转化装置产生含有第一热量的过程气流和含有第二热量的烟道气流，该系统包括：
一个水加热器，一个与该水加热器成流体连通的锅炉供水制备系统，一个与该锅炉供水制备系统成流体连通的锅炉，和一个与该锅炉供水制备系统成流体连通的第一锅炉供水加热器，该锅炉适合于产生压力为5psig～40psig的蒸汽流；
用于将一水流输送到该水加热器的机构；
用于将至少一部分水从该水加热器最终输送到该锅炉供水制备系统的机构；
用于将第一水流从该锅炉供水制备系统输送到该锅炉的机构；
用于将第二水流从该锅炉供水制备系统输送到该第一锅炉供水加热器的机构；
利用处于第一温度的该第一热量的第一部分最终加热被送到该第一锅炉供水加热器的第二水流的至少一部分的机构；
利用该第一热量的第二部分最终加热该锅炉中至少一部分水的机构；
用于在该锅炉中产生压力为5psig～40psig的蒸汽流的机构；
利用至少一部分蒸汽流最终加热该锅炉供水制备系统或与该蒸汽-碳氢化合物转化装置直接或间接成流体连通的另一内部系统的机构；
用于提供一个第二锅炉供水加热器和一个第三锅炉供水加热器的机构；
用于将一个第三水流的第一部分从该第一锅炉供水加热器输送到该第二锅炉供水加热器的机构；
用于将该第三水流的第二部分从该第一锅炉供水加热器输送到该第三锅炉供水加热器的机构；
利用处于比该第一温度高的第二温度的该第一热量的第三部分来最终加热被送到该第二锅炉供水加热器的该第三水流的第一部分的至少一部分的机构；
利用处于初始温度的第二热量的第一部分最终加热被送到该第三锅炉供水加热器的该第三水流的第二部分的至少一部分的机构；
一个氧化剂预热器；
一个氧化剂流的源；
利用该蒸汽流的另一部分或利用一股来自一冷却系的或来自一与该蒸汽-碳氢化合物转化装置直接或间接成流体连通的另一内部源的暖空气流来加热该氧化剂流的至少一部分的机构；
用于将该被加热的氧化剂流输送到该氧化剂预热器的机构；以及
利用处于比该初始温度低的第二温度的该第二热量的第二部分最终进一步加热该氧化剂预热器中的该被加热的氧化剂流的至少一部分的机构。
19.一种用于在接受碳氢化合物进料流和蒸汽流的蒸汽-碳氢化合物转化装置中用蒸汽转化碳氢化合物的系统，该蒸汽-碳氢化合物转化装置产生含有第一热量的过程气流和含有第二热量的烟道气流，该系统包括：
一个水加热器，一个与该水加热器成流体连通的锅炉供水制备系统，一个与该锅炉供水制备系统成流体连通的锅炉，和一个与该锅炉供水制备系统成流体连通的第一锅炉供水加热器，该锅炉适合于产生压力为5psig～40psig的蒸汽流；
用于将一水流输送到该水加热器的机构；
用于将至少一部分水从该水加热器最终输送到该锅炉供水制备系统的机构；
用于将第一水流从该锅炉供水制备系统输送到该锅炉的机构；
用于将第二水流从该锅炉供水制备系统输送到该第一锅炉供水加热器的机构；
利用处于第一温度的该第一热量的第一部分最终加热被送到该第一锅炉供水加热器的第二水流的至少一部分的机构；
利用该第一热量的第二部分最终加热该锅炉中至少一部分水的机构；
用于在该锅炉中产生压力为5psig～40psig的蒸汽流的机构；
利用至少一部分蒸汽流最终加热该锅炉供水制备系统或与该蒸汽-碳氢化合物转化装置直接或间接成流体连通的另一内部系统的机构；
一个第二锅炉供水加热器和一个第三锅炉供水加热器；
用于将第三水流的第一部分从该第一锅炉供水加热器输送到该第二锅炉供水加热器的机构；
用于将该第三水流的第二部分从该第一锅炉供水加热器输送到该第三锅炉供水加热器的机构；
利用处于比该第一温度高的第二温度的该第一热量的第三部分最终加热被送到该第二锅炉供水加热器的该第三水流的第一部分的至少一部分的机构；
利用处于初始温度的第二热量的第一部分最终加热被送到该第三锅炉供水加热器的该第三水流的第二部分的至少一部分的机构；
一个节约器；
用于在将该至少一部分水最终输送到该锅炉供水制备系统之前将至少一部分水流从该水加热器经该节约器传送的机构；以及
利用处于比该第二温度低的另一温度的该第二热量的第二部分最终加热经该节约器被传送的至少一部分水流的机构。
20.一种如权利要求18中的系统，其特征在于，该氧化剂为除了空气以外的其氧浓度大于10％的气体混合物。
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