CN101432571A - 产生过热蒸汽的方法 - Google Patents

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Abstract

公开了通过从至少一部分高压蒸汽向较低压力蒸汽传热以制造过热的较低压力蒸汽从而制备过热蒸汽的方法。可以通过从生热化学工艺，如碳质材料的部分氧化中回收热来产生高压蒸汽。可以通过降低一部分高压蒸汽的压力或通过从一种或多种化学工艺中回收热来产生较低压力蒸汽。该过热的较低压力蒸汽可用于在蒸汽涡轮机中发电，用于运行蒸汽涡轮驱动机，或用作热源。

Description

产生过热蒸汽的方法
发明背景
许多工业上重要的化学反应是高度放热的，并使用反应热产生蒸汽。产生蒸汽的化学工艺的实例包括通过乙烯的部分氧化制造环氧乙烷、由合成气制甲醇、碳质材料的气化或部分氧化、由甲醇制甲醛、由合成气制造费托烃或醇、由氢和氮制氨、和水煤气转换反应以由一氧化碳和水制氢。在这类工艺中，通常通过冷却反应器或作为反应后的除热技术产生饱和蒸汽，其为在主要压力和温度条件下处于其露点的蒸汽。但是，所生成的蒸汽量通常可能超过该工艺本身的界区内的加热需要。
除了用作加热介质外，由此生成的蒸汽还可用作涡轮发电机中发电的功来源或用作驱动机械如涡轮压缩机或泵的原动力。在涡轮机械的膨胀过程中，入口高压蒸汽的一部分焓被转化成原动力，并转化成离开涡轮的更低压力的更冷蒸汽。这类方法例如描述在“Steam，ItsGeneration and Use＂，Babcock and Wilcox Co，New York，第37版，1960，第10章，第10-1页至10-22页中。
尽管在涡轮机械中可以使用饱和或过热蒸汽，但本领域中公知的是，热力学效率(有效功能量输出除以焓输入)与过热的量成比例。这种现象的一个实例显示在上述参考文献的图10，第10-8页中，对于100bara饱和蒸汽穿过蒸汽涡轮机膨胀成0.485bara，热力学效率为39.7％。相反，使用在引入涡轮机中之前过热167℃的蒸汽，对相同压差实现42.6％效率。
通常，在膨胀过程中，一部分汽化的蒸汽进料冷凝并形成液态水。涡轮内液态水的生成导致形成水液滴，这些液滴大力撞击涡轮叶片并随时间造成侵蚀磨损。涡轮中生成的液态水的量是入口蒸汽的过热程度、跨越涡轮机的压差、和涡轮机的机械效率的复杂函数。例如，如果100bara饱和蒸汽以85％效率穿过蒸汽涡轮机膨胀成0.485bara，出口蒸汽的干度(quality)(即湿蒸汽的处于汽态的比例)为73.4％，而将100bara过热200℃的饱和蒸汽引入相同蒸汽涡轮机会产生87.5％的出口干度。或者，如果50bara饱和蒸汽膨胀成0.485bara，出口蒸汽干度为74.8％。如果过热程度足够高，不形成液态水。对于在85％机械效率下从100bara膨胀成0.485bara，如果入口蒸汽过热至少495℃，出口干度为100％。
公知的是，在涡轮机械中使用饱和蒸汽作为原动力与使用过热蒸汽相比导致提高的侵蚀磨损和所造成的更高维护费用。通常，至少75％的出口干度是优选的，85％或更高的出口干度更优选。但是，在许多产生蒸汽的化学工艺中，没有提供足以将由此生成的蒸汽过热的高温热源。尽管可以燃烧一部分原材料、产物、副产物流或外部供应的燃料以提供可用于将蒸汽过热的高温热源，但这种方法受到原材料的不经济的消耗、副产物的可供性不足的阻碍，或要求购买昂贵的燃料和用于燃烧器和相关热交换器的追加资本。因此，需要提供一种无需过度的资本或燃料费用就能使来自产生蒸汽的化学工艺的蒸汽过热的方式。
发明概述
在本发明的一个实施方案中，本人已经发现，通过降低一部分高压蒸汽的压力以产生较低压力蒸汽并使用剩余部分高压蒸汽来过热较低压力蒸汽，可以方便和经济地使用化学工艺中生成的高压蒸汽来制造过热蒸汽。相应地，阐述了过热蒸汽的制备方法，包括：
(a)从至少一个化学工艺中回收热以产生高压蒸汽；
(b)降低步骤(a)的一部分高压蒸汽的压力以产生较低压力蒸汽和剩余部分高压蒸汽；和
(c)从步骤(b)的至少一部分剩余部分高压蒸汽向较低压力蒸汽传热以由较低压力蒸汽产生过热蒸汽。
本发明的方法可以与各种化学工艺联用。例如，可以由选自部分氧化、羰基化、氢化和同系化(homologation)的至少一个化学工艺产生高压蒸汽。化学工艺的代表性实例包括但不限于，碳质材料气化制造合成气、一氧化碳或二氧化碳的氢化制甲醇、乙烯的部分氧化以制造环氧乙烷、甲烷的蒸汽重整以制造合成气、甲醇的部分氧化以制造甲醛、由合成气制造费托烃或醇、由氢和氮制氨、碳质原料的自热重整以制造合成气、对苯二甲酸二甲酯氢化成环己烷二甲醇、甲醇羰基化成乙酸、水煤气转换反应以由一氧化碳和水制造氢和二氧化碳，或其组合。过热的较低压力蒸汽可用于在蒸汽涡轮机中发电，用于运行蒸汽涡轮驱动机，或用作热源。
本发明的方法可以有利地与通过碳质材料的部分氧化制造合成气的工艺联用。这类工艺在单独或与其它化学工艺联用时经常产生大量或过量的高压蒸汽，但缺乏过热蒸汽。在此，本发明的另一方面是过热蒸汽的制备方法，包括：
(a)使碳质材料与氧、水或二氧化碳反应以产生热和包含氢、一氧化碳和二氧化碳的合成气流；
(b)回收热以产生高压蒸汽；和
(c)通过间接热交换从步骤(b)的至少一部分高压蒸汽向较低压力蒸汽传热以由较低压力蒸汽产生过热蒸汽。
碳质材料可以包括但不限于，甲烷、石油残渣、一氧化碳、煤、焦炭、褐煤、油页岩、油砂、泥炭、生物质、石油精炼残渣、石油焦炭、沥青、真空残油、重油，或其组合，并且可以在气化器、部分氧化器或重整器中与氧反应。较低压力蒸汽可以通过降低一部分高压蒸汽的压力或通过从至少一个化学工艺，如水煤气转换反应、一氧化碳氢化以制甲醇、氮的氢化以制氨、甲醇的羰基化以制乙酸，费托法、由一氧化碳和醇制造甲酸烷基酯及其组合中回收热来获得。
在本发明的另一方面中，高压蒸汽可以通过从气化器中回收热来产生并可用于产生过热蒸汽，过热蒸汽又可用于驱动蒸汽涡轮机。因此，本发明也提供了驱动蒸汽涡轮机的方法，包括：
(a)使碳质材料与氧在气化器中反应以产生热和包含氢、一氧化碳和二氧化碳的合成气流；
(b)回收热以产生高压蒸汽；
(c)通过间接热交换从步骤(b)的至少一部分高压蒸汽向较低压力蒸汽传热以由较低压力蒸汽产生过热蒸汽；和
(d)将过热蒸汽送至蒸汽涡轮机。
蒸汽涡轮机可用于驱动发电机产生电或驱动气体压缩机。例如，气化器和涡轮机可以是整体煤气化联合循环(在此缩写为“IGCC”)发电站的一部分，其可以进一步包含用于将过量合成气转化成燃料或适销化学品的化学生产装置。
附图简述
图1-5是显示本发明的方法的几个实施方案的示意性流程图。
详述
在一个一般性实施方案中，本发明提供了将蒸汽过热的新型方法，其中可以有利地在不使用外部热源的情况下使用化学工艺中生成的高压蒸汽制造过热蒸汽。已经发现，可以将一部分高压蒸汽减压以产生较低压力蒸汽，且剩余部分高压蒸汽可用于将较低压力蒸汽过热以产生过热蒸汽。相应地，阐述了过热蒸汽的制备方法，包括：
(a)从至少一个化学工艺中回收热以产生高压蒸汽；
(b)降低步骤(a)的一部分高压蒸汽的压力以产生较低压力蒸汽和剩余部分高压蒸汽；和
(c)从步骤(b)的至少一部分剩余部分高压蒸汽向较低压力蒸汽传热以由较低压力蒸汽产生过热蒸汽。
高压蒸汽可以由各种化学工艺产生，例如部分氧化、羰基化、氢化和同系化。化学工艺的一些代表性实例包括但不限于，碳质材料气化以制造合成气、一氧化碳或二氧化碳的氢化以制造甲醇、乙烯的部分氧化以制造环氧乙烷、甲烷的蒸汽重整以制造合成气、甲醇的部分氧化以制造甲醛、由合成气制造费托烃或醇、由氢和氮制造氨、碳质原料的自热重整以制造合成气、对苯二甲酸二甲酯氢化成环己烷二甲醇、甲醇羰基化成乙酸、水煤气转换反应以由一氧化碳和水制造氢和二氧化碳，或其组合。过热的较低压力蒸汽可用于由蒸汽涡轮机发电，用于运行蒸汽涡轮驱动机，或用作热源。
除非另行指明，说明书和权利要求中所用的表示成分量、如分子量之类的性质、反应条件等的所有数字都被理解成在所有情况下被术语“大约”修饰。相应地，除非作出相反的指示，下列说明书和所附权利要求中所列的数值参数是近似值，其可以根据试图通过本发明获得的所需性质而变动。至少，各数值参数应该至少根据所报道的有效位数使用普通舍入技术解释。此外，本公开和权利要求中所列的范围意在具体包括整个范围而不仅是端点。例如，0至10的所列范围意在公开0和10之间的所有整数，例如1、2、3、4等，0和10之间的所有分数，例如1.5、2.3、4.57、6.113等，以及端点0和10。此外，与化学取代基相关的范围，例如“C1至C5烃”意在具体包括和公开C1和C5烃以及C2、C3和C4烃。
虽然阐述本发明的大致范围的数值范围和参数是近似值，但具体实施例中所列的数值尽可能精确地报道。但是，任何数值固有地含有必然由其各自试验测量和/或计算中存在的标准偏差产生的某些误差。
除非文中明确地作出不同的指示，说明书和所附权利要求中所用的单数形式“a”、“an”、“the”包括其复数对象。例如，提到“热交换器”或“蒸汽流”时，意在包括一个或多个热交换器或蒸汽流。提到含有或包括“an”成分或“a”步骤的组合物或方法时，除了所述这种外，还意在分别包括其它成分或其它步骤。
本文所用的术语“含有”或“包括”与术语“包含”同义；也就是说，在该组合物或制造品或方法中至少存在所述化合物、元素、颗粒或工艺步骤等，但除非权利要求中明确排除，否则，不排除其它化合物、催化剂、材料、颗粒、工艺步骤等的存在，即使其它的这些化合物、材料、颗粒、工艺步骤等具有与所述那种相同的功能。
还要理解的是，提到一个或多个工艺步骤不排除在组合的所列步骤之前或之后的附加工艺步骤或在明确指定的那些步骤之间的中间工艺步骤。此外，工艺步骤或成分的字母标号是一种识别分立的活动或成分的方便手段，且除非另行指明，所列字母标号可以以任何次序排列。
本发明的方法包括从至少一个化学工艺中回收热以产生高压蒸汽。本发明中所用的高压蒸汽可以是饱和或过热的。可以从产生足以生成压力大约4bara的蒸汽的热量的任何化学工艺中回收热。本文所用的术语“bara”是指“绝对巴数”。通过本发明中列出的方式，可以将大约4bara或更高的蒸汽减压并过热至有用的程度。在这类工艺中，通常通过反应器的冷却或作为反应后的除热技术产生饱和蒸汽，即在主要压力和温度条件下处于其露点的蒸汽。或者，可以将来自产生蒸汽的化学工艺的较低压力蒸汽过热，但过热程度低于所需程度。在这种后一情况下，较低压力蒸汽可以经过本发明的步骤以进一步提高其过热程度。
这类生热化学工艺的代表性实例包括但不限于，部分氧化、羰基化、氢化、水煤气转换反应、蒸汽重整和同系化。本发明的方法中可用的化学工艺的更具体的非限制造性实例包括碳质材料气化以制造合成气、一氧化碳或二氧化碳的氢化以制造甲醇、乙烯的部分氧化以制造环氧乙烷、甲烷的蒸汽重整以制造合成气、甲醇的部分氧化以制造甲醛、由合成气制造费托烃或醇、由氢和氮制造氨、碳质原料的自热重整以制造合成气、对苯二甲酸二甲酯氢化成环己烷二甲醇、甲醇羰基化成乙酸、水煤气转换反应以由一氧化碳和水制造氢和二氧化碳，或其组合。
该化学工艺可以例如包括碳质材料通过与氧、水或二氧化碳反应而部分氧化以产生热和包含氢、一氧化碳和二氧化碳的合成气流。本文所用的术语“碳质”是指含有碳的各种合适的原料并意在包括气态、液态和固态烃、烃质材料、及其混合物。在术语“碳质”的定义内可以包括基本任何可燃的含碳有机材料或其淤浆。固态、气态和液态进料可以混合并同时使用；这些可以以任何比例包括链烷属、烯烃属、乙炔属、环烷属和芳族化合物。术语“碳质”的定义内也包括氧化的碳质有机材料，包括碳水化合物、纤维素材料、醛、有机酸、醇、酮、一氧化碳、氧化燃料油、来自化学工艺的含氧化碳质有机材料的废液和副产物，及其混合物。本文所用的术语“合成气”与术语“合成气体”同义，并被理解为是指根据其生成方法主要包含氢、一氧化碳和各种杂质的具有不同组成的气态混合物。部分氧化法例如可以包括碳质材料，如天然气或石油衍生物的蒸汽或二氧化碳重整。这些方法是本领域技术人员公知的并在商业上实施。在另一实例中，部分氧化法可以包括碳质材料，如甲烷，煤，焦炭，褐煤，油页岩，油砂，泥炭，生物质，石油精炼残渣，石油焦炭，沥青，真空残油，重油或其组合，通过与氧反应来气化，以产生合成气和热。本文所用的术语“氧”意在包括基本纯的气态的、元素的氧、或任何反应性的含O2的气体，如空气、具有大于大约90摩尔％氧的基本纯的氧、或具有大于大约21摩尔％氧的富氧空气。基本纯的氧在工业中是优选的。为了获得基本纯的氧，将空气压缩并随后在空气分离装置中分离成基本纯的氧和基本纯的氮。这类装置是工业中已知的。
可以在本发明的方法中并入几种已知气化法之一。这些气化法通常落在如“Gasification”(C.Higman和M.van der Burgt，Elsevier，2003)的第5章中所列的宽范畴内。实例是移动床气化器，例如Lurgi干灰法、British Gas/Lurgi造渣气化器、Ruhr 100气化器；流化床气化器，如Winkler和高温Winkler法、KelloggBrown and Root(KBR)传送气化器、Lurgi循环流化床气化器、U-Gas熔聚流化床法、和KelloggRust Westinghouse熔聚流化床法；和气流床(entrained-flow)气化器，如Texaco、Shell、Prenflo、Noell、E-Gas(或Destec)、CCP、Eagle和Koppers-Totzek法。本方法中考虑使用的气化器可以在大约1至大约103巴绝对压力和400℃至2000℃的压力和温度范围内运行，优选的值在大约21至大约83bara和500℃至1500℃的范围内。根据其中所用的碳质或烃质原料和用于产生气态一氧化碳、二氧化碳和氢的气化器的类型，原料的制备可以包括研磨，和一个或多个由干燥、将磨碎的原料在合适的流体(例如水、有机流体、超临界或液态二氧化碳)中制造浆构成的单元操作。可以氧化制造合成气的典型碳质材料包括但不限于，石油残渣、烟煤、亚烟煤和无烟煤和焦炭、褐煤、油页岩、油砂、泥炭、生物质、石油精炼残渣、石油焦炭和类似物。
化学工艺中产生的热可以通过本领域中已知的任何热交换方式，包括但不限于辐射热交换、对流热交换或其组合回收以产生高压蒸汽。例如，在气化法中，可以使用至少一种下列类型的热交换器回收热，该热交换器选自蒸汽发生热交换器(即锅炉)，其中从合成气中传出热以使水沸腾；壳管式；板框式；螺旋式；或一种或多种这些热交换器的组合。例如，可以通过辐射热交换回收来自气化法的热。通过流体的一部分与另一部分混合，从流体(气体或液体)内的一个点传热，由此实现对流加热或冷却。典型的间接热交换法包括热传向固体表面(通常管壁)或从固体表面(通常管壁)传向与该壁相邻的流体元件，然后对流到本体流体相。辐射热传递包括受温度激发的来自物体的电磁能的辐射和辐射的能量被与辐射源隔开一定距离的另一物体吸收。例如，粗制造合成气离开气化器，并可以在辐射合成气冷却器中冷却。使用回收的热产生高压蒸汽。辐射合成气冷却器是本领域中已知的并且可以包括，例如，如美国专利Nos.4,310,333和4,377,132中所示和所述的垂直水冷管的至少一环。
多个蒸汽发生热交换器的使用也被认为在本发明的范围内。气体冷却区域内生成的蒸汽和冷凝物可以包括一种或多种具有不同压力的蒸汽产物。气体冷却区域任选可以包含用于去除痕量杂质如氨、氯化氢、氰化氢、和痕量金属如汞、砷和类似物的其它吸收、吸附或冷凝步骤。
高压蒸汽可以是饱和或过热的，并通常具有大约4至大约140bara的压力。在另一实例中，高压蒸汽可以具有大约20至大约120bara的压力。可以将一部分高压蒸汽减压以产生较低压力蒸汽和剩余部分高压蒸汽。如果高压蒸汽是过热的，则较低压力蒸汽也可以是过热的，但过热程度不足。本文所用的术语“高压蒸汽”和“较低压力蒸汽”意在表示本发明的各种蒸汽流的相对而非绝对压力。权利要求和说明书中所用的“高压蒸汽”是指从中传热的蒸汽，其中术语“较低压力蒸汽”是指热传向的蒸汽。可以减压或膨胀以产生较低压力蒸汽的高压蒸汽的份额或比例的代表性实例是大约40至大约95质量％，大约50至大约80质量％，大约60至大约95质量％，大约70至大约95质量％，和大约75至大约95质量％，这些均基于高压蒸汽的总质量。可以使用本领域已知的任何方式降低高压蒸汽的压力；但是，本领域技术人员清楚知道，较低压力蒸汽的生成将涉及使一部分高压蒸汽膨胀。例如，本发明的方法可以包括，通过阀、涡轮或其组合使一部分高压蒸汽膨胀。通常，高压蒸汽与较低压力蒸汽的压力比为140:1至1.5:1，100:1至2:1，25:1至2:1或10:1至2:1。此外，较高压力蒸汽和较低压力蒸汽通常具有大约40℃至大约250℃的水饱和温度差。
根据本发明，可以从至少一部分剩余部分高压蒸汽向较低压力蒸汽传热以由较低压力蒸汽产生过热蒸汽或在较低压力蒸汽已过热时提高过热程度。本文所用的术语“过热”被理解为是指较低压力蒸汽在给定压力下加热至其露点以上，或如果其已过热，是指其过热程度提高。过热的量通常为至少40℃。过热的其它实例为大约20℃至大约250℃，大约50℃至至少150℃，和至少50℃至大约125℃。低压和高压蒸汽之间的热交换可以使用本领域中已知的任何设备，包括壳管式热交换器、板框式交换器、螺旋式交换器和小型板翅式交换器通过间接法进行。本文所用的“间接热交换”，与将高压和较低压力蒸汽混合在一起的“直接热交换”不同，被理解为是指在不混合的情况下经由一个表面交换热。通常，热交换器具有壳管式设计，其中在壳侧上冷凝高压蒸汽。热交换法可以由多个串联热交换器实施。
接近温度(approach temperature)，即过热的较低压力蒸汽和高压蒸汽之间的温差，通常为大约1至大约20℃。接近温度的其它实例为大约1至大约10℃和大约1至大约5℃。尽管需要尽可能低，但接近温度的实际极限极大地取决于经济性。热传递所需的面积随接近温度的提高而对数提高。
与剩余部分高压蒸汽进行热交换的较低压力蒸汽可以根据入口高压蒸汽的温度和压力条件以及出口压力而具有小于或等于整体(unity)的干度。本文对蒸汽所用的术语“干度”是指相对于蒸汽中水和蒸气的总质量，气相蒸汽的质量比。如果需要，可以通过如“PhaseSegregation”，第3章，第129-148页，L.J.Jacobs和W.R.Penney，Handbook of Separation Process Technology，R.W.Rousseau编辑，Wiley& Sons，1987中所述的本领域中已知的任何方式从较低压力蒸汽中去除液态水，包括分离罐(knockout pots)、管分离器、网垫、离心叶片、切线进入型分离器(tangential entry separators)、除雾器或凝结器垫、波纹板、填料、旋风分离器或文丘里洗涤器、静电沉淀器和类似物。
本发明中产生的过热的较低压力蒸汽可用于在蒸汽涡轮机中发电，用于运行蒸汽涡轮驱动机，或用作热源。通常，可以将过热的较低压力蒸汽送至蒸汽涡轮机，其用于供应原动力以运行压缩机或发电机。当送至蒸汽涡轮机时，本发明的方法中产生的较低压力蒸汽的过热程度通常产生大约75％至大约100％的出口干度。对于离开蒸汽涡轮机的蒸汽，出口干度的其它实例为大约80％至大约100％和大约85％至大约100％。
本发明的过热蒸汽法特别可以与通过碳质材料的部分氧化制造合成气的工艺，如甲烷的气化或蒸汽重整。这类工艺在单独或与其它化学工艺联用时经常产生大量或过量的高压蒸汽，但缺乏过热蒸汽。因此，本发明的另一方面是过热蒸汽的制备方法，包括：
(a)使碳质材料与氧、水或二氧化碳反应以产生热和包含氢、一氧化碳和二氧化碳的合成气流；
(b)回收热以产生高压蒸汽；和
(c)通过间接热交换从步骤(b)的至少一部分高压蒸汽向较低压力蒸汽传热以由较低压力蒸汽产生过热蒸汽。
上述方法被理解为包括任意组合的如上文列出的热回收、热交换、蒸汽压、蒸汽涡轮机、蒸汽减压、蒸汽干度等的各种实施方案。例如，碳质材料可以与氧、水或二氧化碳反应以产生热和包含氢、一氧化碳和二氧化碳的合成气流。如上所述，碳质材料可以包括，但不限于，甲烷、石油残渣、煤、焦炭、褐煤、一氧化碳、油页岩、油砂、泥炭、生物质、石油精炼残渣、石油焦炭、沥青、真空残油、重油、或其组合。碳质材料可以在本领域内已知的任何类型的部分氧化反应器，例如气化器，部分氧化器或重整器中反应。在一个实施方案中，例如，碳质材料可以包含甲烷并在重整器中与水反应。在另一实例中，碳质材料可以包含煤或石油焦炭并在气化器中与氧反应。在又一实例中，碳质材料包含一氧化碳并在水煤气转换反应中与水反应。
合成气工艺生成的热可以通过辐射热交换、对流热交换或其组合回收以产生如上所述的高压蒸汽。高压蒸汽可以是饱和或过热的并通常具有大约4至140bara，或在另一实例中大约20至120bara的压力。可以将一部分高压蒸汽减压以产生较低压力蒸汽和剩余部分高压蒸汽。可以使用本领域中已知的任何方式来降低高压蒸汽的压力，例如通过阀、涡轮机或其组合使一部分高压蒸汽膨胀。
较低压力蒸汽也可以通过从用于产生高压蒸汽的工艺以及与其不同的一个或多个化学工艺中回收热来产生。可用的化学工艺的代表性实例包括水煤气转换反应、一氧化碳或二氧化碳的氢化以制造甲醇、氮的氢化以制造氨、甲醇的羰基化以制造乙酸、费托法、由一氧化碳和醇制造甲酸烷基酯，及其组合。热回收可以通过本领域中公知和上文所述的热交换技术实现。在另一实施方案中，该化学工艺可以包括水煤气转换反应、一氧化碳或二氧化碳的氢化以制造甲醇、氮的氢化以制造氨，或其组合。
通常，水煤气转换反应以催化方式通过本领域中已知的方法实现。水煤气转换催化剂有利地为耐硫的。例如，这类耐硫的催化剂可以包括，但不限于，钴-钼催化剂。运行温度通常为250℃至500℃。或者，水煤气转换反应可以在从含一氧化碳的反应物气体中去除硫后使用高温或低温转换催化剂实现。高温转换催化剂，例如用铬或铜促进的氧化铁在300℃至500℃的范围内工作。低温转换催化剂，例如铜-锌-铝催化剂，在200℃至300℃下工作。或者，当气体温度高于大约900℃时，可以不借助催化剂实现水煤气转换反应。由于水煤气转换反应的高度放热性质，可以通过从水煤气转换反应器的出口气体中回收热来产生蒸汽。水煤气转换反应可以在本领域中已知的用于控制放热反应的热释放的任何反应器形式中实现。合适的反应器形式的实例是单级绝热固定床反应器；伴随级间冷却、蒸汽发生或冷造粒的多级绝热固定床反应器；伴随蒸汽发生或冷却的管式固定床反应器；或流化床。
一氧化碳或二氧化碳氢化以制造甲醇的工艺可以包括本领域技术人员公知的任何类型的甲醇合成装置，其中许多在商业上广泛实施。多数商业甲醇合成装置根据所用技术在气相中在大约25至大约140bara的压力范围内使用各种铜基催化剂体系进行。许多不同的现有技术已知用于合成甲醇，例如ICI(Imperial Chemical Industries)法、Lurgi法和Mitsubishi法。液相法也是本领域中公知的。因此，本发明的甲醇法可以包括含有固体或负载型催化剂的固定床甲醇反应器，或使用浆化催化剂(其中在非反应性液体介质如矿物油中将金属或负载型催化剂颗粒制浆)的液体浆态甲醇反应器。
通常，根据所用方法，将合成气流在大约25至大约140bara的压力下供入甲醇反应器。合成气随后在催化剂上反应形成甲醇。合成气流除了氢和一氧化碳外，还可以含有或不含二氧化碳。该反应是放热的；因此，通常要求除热。粗制或不纯甲醇随后冷凝，并可以提纯以去除杂质，例如更高的醇，包括乙醇、丙醇和类似物，或在不提纯的情况下作为燃料燃烧。通常将包含未反应的合成气原料的未冷凝气相再循环到甲醇法进料中。
化学工艺也可以包括氮的氢化以制造氨。该方法可以通过Haber-Bosch法通过如LeBlance等人在＂Ammonia＂，Kirk-OthmerEncyclopedia of Chemical Technology，第2卷，第3版，1978，第494-500页中例举的本领域已知的方式进行。
在本发明的另一实施方案中，化学工艺可以包括如美国专利No′s.5,621,155和6,682,711中所例举的由合成气制造烃和醇的费托法。通常，费托反应可以在固定床、在淤浆床、或在流化床反应器中进行。费托反应条件可以包括使用190℃至340℃的反应温度，实际反应温度极大地取决于反应器构造。例如，当使用流化床反应器时，反应温度优选为300℃至340℃；当使用固定床反应器时，反应温度优选为200℃至250℃；并在使用淤浆床反应器时，反应温度优选为190℃至270℃。
在一个实施方案中，本发明的方法可用在集成的联合循环发电站(integrated combined cycle power plant)中，其中使煤或石油焦炭与氧反应以产生合成气，并使用该合成气为发电和共同生产化学品，如甲醇、费托烃或氨所用的燃烧涡轮机供应燃料。可以从气化法中回收热以产生高压蒸汽，其又可用于使较低压力蒸汽过热，该较低压力蒸汽通过从化学工艺中热回收或通过降低一部分高压蒸汽的压力而产生。
如上所述，可以从至少一部分较高压力蒸汽向较低压力蒸汽传热以产生过热的较低压力蒸汽。过热的较低压力蒸汽可用于在蒸汽涡轮机中发电，用于运行蒸汽涡轮驱动机，或用作热源。当送至蒸汽涡轮机时，本发明的方法中制成的较低压力蒸汽的过热程度通常将产生大约75％至大约100％的出口干度。对于离开蒸汽涡轮机的蒸汽，出口干度的其它实例为大约80％至大约100％和大约85％至大约100％。
本发明还提供了使用通过如上所述在高压蒸汽和较低压力蒸汽之间交换热而产生的过热的较低压力蒸汽驱动蒸汽涡轮机的方法。因此，本发明的另一方面是驱动蒸汽涡轮机的方法，包括：
(a)使碳质材料与氧在气化器中反应以产生热和包含氢、一氧化碳和二氧化碳的合成气流；
(b)回收热以产生高压蒸汽；
(c)通过间接热交换从步骤(b)的至少一部分高压蒸汽向较低压力蒸汽传热以由较低压力蒸汽产生过热蒸汽；和
(d)将过热蒸汽送至蒸汽涡轮机。
上述方法被理解为包括任意组合的如上文列出的热回收、热交换、蒸汽压、蒸汽涡轮机、蒸汽减压、蒸汽干度等的各种实施方案。我们的方法包括使碳质材料，如石油残渣、煤、焦炭、褐煤、油页岩、油砂、泥炭、生物质、石油精炼残渣、石油焦炭、沥青、真空残油、重油或其组合在气化器中反应以产生合成气流。通常，碳质材料包含煤或石油焦炭并在气化器中与氧或含氧气体反应。
气化法生成的热可以通过辐射热交换、对流热交换或其组合回收以产生如上所述的高压蒸汽。通常，来自气化法的热量通过辐射热交换回收。高压蒸汽可以是饱和或过热的并通常具有大约4至140bara，或在另一实例中大约20至120bara的压力。
较低压力蒸汽可以如上所述通过降低一部分高压蒸汽的压力或通过从用于产生高压蒸汽的工艺以及与其不同的一个或多个化学工艺中回收热来产生。先前已经描述了可用的化学工艺的代表性实例，并包括水煤气转换反应、一氧化碳或二氧化碳的氢化以制造甲醇、氮的氢化以制造氨、甲醇的羰基化以制造乙酸、费托法、由一氧化碳和醇制造甲酸烷基酯，及其组合。在另一实施方案中，该化学工艺包括水煤气转换反应、一氧化碳或二氧化碳的氢化以制造甲醇、氮的氢化以制造氨，或其组合。在再一实施方案中，该化学工艺包括一氧化碳或二氧化碳的氢化以制造甲醇。在又一实施方案中，该化学工艺可以包括水煤气转换反应、一氧化碳或二氧化碳的氢化以制造甲醇、氮的氢化以制造氨或其组合。可以通过本领域中公知并如上所述的热交换技术实现热回收。
如上所述，可以从至少一部分较高压力蒸汽向较低压力蒸汽传热以产生过热的较低压力蒸汽。过热的较低压力蒸汽可送至蒸汽涡轮机，其用于驱动发电机产生电或用于驱动气体压缩机。本发明的方法中制成的较低压力蒸汽的过热程度通常产生大约75％至大约100％的出口干度。对于离开蒸汽涡轮机的蒸汽，出口干度的其它实例为大约80％至大约100％和大约85％至大约100％。
在本文中参照图1-5描述本发明的方法的一些实施方案。在图1中所示的实施方案中，导管1中流动的一部分高压蒸汽导向导管2并经过控制造阀以产生较低压力蒸汽4。导管4可以包含根据蒸汽2的温度和压力条件具有小于或等于整体的干度的较低压力蒸汽。蒸汽4流经热交换器装置5的一侧，在此，通过与经由导管3流向热交换器装置5另一侧的剩余部分高压蒸汽间接接触来将蒸汽4过热。过热的较低压力蒸汽经由导管6离开热交换器5。冷凝物和高压蒸汽的任何剩余气相部分经由导管7离开。可以经由导管10从该方法中移出一部分过热蒸汽6，并将其余蒸汽6传送到蒸汽驱动涡轮机8以提供用于产生电能或机械能的原动力。来自涡轮机8的废气经由管道9离开。
在图2中所示的实施方案中，导管1中流动的一部分高压蒸汽导向导管2并经过控制造阀以产生较低压力蒸汽4。导管4可以包含根据蒸汽2的温度和压力条件具有小于或等于整体的干度的较低压力蒸汽。
在气-液离析区7中从较低压力的汽化蒸汽中分离液态水。基本不含液态水的较低压力蒸汽经由导管5离开气-液离析区7，同时经由导管6去除液态水。可以通过如“phase Segregation”，第3章，第129-148页，L.J.Jacobs和W.R.Penney，Handbook of Separation ProcessTechnology，R.W.Rousseau编辑，Wiley & Sons，1987中所述的本领域中已知的任何方式实现，包括分离罐、管分离器、网垫、离心叶片、切线进入型分离器、除雾器或凝结器垫、波纹板、填料、旋风分离器或文丘里洗涤器、静电沉淀器和类似物。
蒸汽5流经热交换器装置8的一侧，在此，通过与经由导管3流向热交换器装置8另一侧的剩余部分高压蒸汽间接接触来将蒸汽5过热。过热的较低压力蒸汽经由导管10离开热交换器装置8。冷凝物和高压蒸汽的任何剩余气相部分经由导管9离开。可以经由导管13从该方法中移出一部分过热蒸汽10，并将其余蒸汽10传送到蒸汽驱动涡轮机11以提供用于产生电能或机械能的原动力。来自涡轮机11的废气经由管道12离开。
在图3中所示的实施方案中，导管1中流动的一部分高压蒸汽导向导管2并经过控制造阀以产生较低压力蒸汽4。导管4可以包含根据蒸汽2的温度和压力条件具有小于或等于整体的干度的较低压力蒸汽。
在气-液离析区7中从较低压力的汽化蒸汽中分离液态水。基本不含液态水的较低压力蒸汽经由导管5离开气-液离析区7，同时经由导管6去除液态水。蒸汽5流经热交换器装置8的一侧，在此，通过与经由导管3流向热交换器装置8另一侧的剩余部分高压蒸汽间接接触来将蒸汽5过热。过热的较低压力蒸汽经由导管10离开热交换器装置8。冷凝物和高压蒸汽的任何剩余气相部分经由导管9离开。可以经由导管20从该方法中移出一部分过热蒸汽10，并将其余蒸汽10传送到蒸汽驱动涡轮机11以提供用于产生电能或机械能的原动力。来自涡轮机11的废气经由管道12离开，并在冷凝器13中冷凝以产生冷凝物14。冷凝物14、流9和冷凝物6可以与补充水15合并以产生锅炉进料水流16。
蒸汽发生区17可以包含蒸汽发生热交换器(即锅炉)(在此从加热介质传热以使水沸腾)和锅炉进料水交换器。蒸汽发生区17内的热传递可以通过辐射和/或对流热传递机制进行。热经由流19传入区17。流19可以代表例如来自如上所述的化学反应的热流，或物质流。多个热交换器的使用被视为在本发明的范围内。区17内生成的高压蒸汽经由导管1离开。区17中生成的一部分蒸汽可以导向导管18从而离开该方法。
在图4中所示的实施方案中，导管1中流动的一部分高压蒸汽导向导管2并经过蒸汽涡轮机20以产生较低压力蒸汽4和电。导管4可以包含根据蒸汽2的温度和压力条件具有小于或等于整体的干度的较低压力蒸汽。
在气-液离析区7中从较低压力的汽化蒸汽中分离液态水。基本不含液态水的较低压力蒸汽经由导管5离开气-液离析区7，同时经由导管6去除液态水。蒸汽5流经热交换器装置8的一侧，在此，通过与经由导管3流向热交换器装置8另一侧的剩余部分高压蒸汽间接接触来将蒸汽5过热。过热的较低压力蒸汽经由导管10离开热交换器装置8。冷凝物和高压蒸汽的任何剩余气相部分经由导管9离开。可以经由导管21从该方法中移出一部分较低压力的过热蒸汽10，并将其余蒸汽10传送到蒸汽驱动涡轮机11以提供用于产生电能或机械能的原动力。来自涡轮机11的废气经由管道12离开，并在冷凝器13中冷凝以产生冷凝物14。冷凝物14、流9和冷凝物6可以与补充水15合并以产生锅炉进料水流16。
蒸汽发生区17可以包含蒸汽发生热交换器(即锅炉)(在此从加热介质传热以使水沸腾)和锅炉进料水交换器。蒸汽发生区17内的热传递可以通过辐射和/或对流热传递机制进行。热经由流19传入区17。流19可以代表例如来自如上所述的化学反应的热流，或物质流。多个热交换器的使用被视为在本发明的范围内。区17内生成的高压蒸汽经由导管1离开。区17中生成的一部分高压蒸汽可以导向导管18从而离开该方法。
在图5中所示的实施方案中，导管1中流动的高压蒸汽导向热交换器装置2的一侧，以使热传向装置2另一侧上的较低压力蒸汽9以产生过热蒸汽10。冷凝物和高压蒸汽的任何剩余气相部分经由导管3离开装置2。冷凝物3可以与补充水4合并以产生进入蒸汽发生区5的锅炉进料水流19。
高压蒸汽发生区5可以包含蒸汽发生热交换器(即锅炉)(在此从加热介质传热以使水沸腾)和锅炉进料水交换器。蒸汽发生区5内的热传递可以通过辐射和/或对流热传递机制进行。热经由流6传入区5。流6可以代表例如来自化学反应的热流，或物质流。多个热交换器的使用被视为在本发明的范围内。区5内生成的高压蒸汽经由导管1离开。区5中生成的一部分高压蒸汽可以导向导管7从而离开该方法。
可以经由导管20从该方法中移出一部分过热蒸汽10，并将其余蒸汽10传送到蒸汽驱动涡轮机11以提供用于产生电能或机械能的原动力。来自涡轮机11的废气经由管道12离开，并在冷凝器13中冷凝以产生冷凝物14。冷凝物14可以与补充水15合并以产生低压蒸汽发生区8的锅炉进料水流16。
蒸汽发生区8可以包含蒸汽发生热交换器(即锅炉)(在此从加热介质传热以使水沸腾)和锅炉进料水交换器。蒸汽发生区8内的热传递可以通过辐射和/或对流热传递机制进行。热经由流18传入区8。流18可以代表例如来自如上所述的化学反应的热流，或物质流。多个热交换器的使用被视为在本发明的范围内。区8内生成的高压蒸汽经由导管1离开。区8中生成的一部分蒸汽可以导向导管17从而离开该方法。
实施例
一般原理-具体参照下列实施例更好地理解本发明。对于实施例1-9和对比例1-3，通过工艺模拟软件，使用“Program ComputesSteam Rates and Properties”，V.Ganapathy，Hydrocarbon Processing，1988年11月，第105-108页和标准工程教材Perry′s Handbook ofChemical Engineering，第6版，New York，McGraw Hill，1984中所述的方法进行热和材料平衡计算以例示本发明的各方面。此外，除非明确地另行指明，应该理解的是，实施例和对比例中所述的高压蒸汽或用于产生高压蒸汽的热可以通过从如上所述的任何生热化学工艺中回收热来获得，这类化学工艺例如是通过碳质材料的气化或通过甲烷的蒸汽重整制造合成气、水煤气转换反应、一氧化碳或二氧化碳的氢化以制造甲醇、通过氮的氢化制造氨、或一种或多种这些工艺的组合。
对比例1-将在131bara和331.45℃下的100,000千克/小时的饱和高压蒸汽供入出口压力为0.12bara且机械效率为86.5％的蒸汽涡轮机以发电。该涡轮机产生22.3MW，在涡轮机出口的蒸汽干度为69.3％。
实施例1-5-实施例1-5显示了根据本发明的图1通过改变高压入口蒸汽减压所达到的压力来影响涡轮机出口蒸汽干度。将在131bara和331.45℃下的100,000千克/小时的饱和高压蒸汽分割，并将一部分减压。所得较低压力蒸汽与剩余部分高压蒸气进行热交换。热交换器中的接近温度为5℃，即在所有情况下，过热的较低压力蒸汽的温度为326.45℃。将过热的较低压力蒸汽供入出口压力为0.12bara且机械效率为86.5％的蒸汽涡轮机以发电。表1显示了对于各种较低压力数值，根据本发明获得的结果。
表1：压力的影响
 
较低压力蒸汽，bara 较低压蒸汽的量(千公斤/小时) 过热程度，℃ 电能，MW 涡轮机出口蒸汽干度
实施例1 65.5 79.2 45.1 18.3 79.5％
实施例2 56.2 77.6 55.1 18.3 81.0％
实施例3 42.4 75.4 72.6 17.5 83.3％
实施例4 28.6 73.6 95.2 16.4 86.2％
实施例5 14.6 72.2 128.7 14.7 90.5％
对比例2-将在131bara和331.45℃下的100,000千克/小时的饱和高压蒸汽供入出口压力为0.12bara且机械效率为86.5％的蒸汽涡轮机以发电。该涡轮机产生22.3MW，在涡轮机出口的蒸汽干度为69.3％。来自涡轮机出口的湿蒸汽在0.12bara蒸汽的饱和温度(49.6℃)下冷凝，在冷凝过程中释放出165.1GJ/hr。将冷凝的蒸汽泵压恢复至131bara并进行热传递，其中传递245.3GJ/hr以产生在131bara和331.45℃下的100,000千克/小时的饱和高压蒸汽，完成蒸汽循环。此蒸汽循环的总效率E为32.7％，其中：
E＝(输入的热量-冷凝功率)/输入的热量＝(245.3GJ/hr-165.1GJ/hr)/245.3GJ/hr
实施例6-实施例6，按照图3的命名法，显示了蒸汽循环的总效率。如对比例2中那样，经由导管19输入蒸汽发生区17的热量为245.3GJ/hr。112,350千克/小时的49.5℃的液态水在热传递区17中沸腾以产生导管1中的在131bara和331.45℃下的112,350千克/小时的饱和高压蒸汽。经由导管3转移17,550千克/小时，其余94,800千克/小时经由导管2转移并通过阀闪蒸以产生在42.4bara，253.8℃，91.8％干度下的饱和蒸汽。将所得较低压力蒸汽分成在导管6中的7800千克/小时的饱和液体和在导管5中的87,000千克/小时的饱和蒸气。导管5在交换器8中与导管3进行热交换。热交换器中的接近温度为5℃，产生导管10中的在326.45℃，42.4bara下的过热的较低压力蒸汽和导管9中的在331.45℃下的冷凝的高压蒸汽。将导管10中的过热的较低压力蒸汽供入出口压力为0.12bara且机械效率为86.5％的蒸汽涡轮机11以产生20.2MW的电能。涡轮机出口，导管12处的蒸汽具有83.3％的干度。在交换器13中通过去除172.8GJ/hr的能量，将导管12充分冷凝，并作为49.5℃的饱和液流14离开。将流14、9和6合并并泵压恢复至131bara，供入区17中的蒸汽发生区，在此经由导管19传递245.3GJ/hr以产生在131bara和331.45℃下的112,350千克/小时的饱和高压蒸汽，完成蒸汽循环。此蒸汽循环的总效率，E，为29.6％。这一效率为对比例2中所报道的效率的90.5％，但具有高得多的蒸汽涡轮机出口干度，这符合本发明的目的。
实施例7-实施例7，按照图4的命名法，显示了蒸汽循环的总效率。如对比例2中那样，经由导管19输入蒸汽发生区17的热量为245.3GJ/hr。115,290千克/小时的液态水经由导管16在热传递区17中沸腾以产生经由导管1离开的在131bara和331.45℃下的115,290千克/小时的饱和高压蒸汽。经由导管3转移16,410千克/小时，其余98,880千克/小时经由导管2转移并在蒸汽涡轮机20中以86.5％机械效率膨胀以产生4.4MW电能和在42.4bara，253.8℃，82.3％干度下的饱和蒸汽。将所得较低压力蒸汽分成在导管6中的17510千克/小时的饱和液体和在导管5中的81,370千克/小时的饱和蒸气。导管5在交换器8中与导管3进行热交换。热交换器中的接近温度为5℃，产生导管10中的在326.45℃，42.4bara下的过热的较低压力蒸汽和导管9中的在331.45℃下的冷凝的高压蒸汽。将导管10中的过热的较低压力蒸汽供入出口压力为0.12bara且机械效率为86.5％的蒸汽涡轮机11以产生18.8MW的电能。涡轮机出口，导管12处的蒸汽具有83.3％的干度。在交换器13中通过去除161.6GJ/hr的能量，将导管12充分冷凝，并作为49.5℃的饱和液流14离开。将流14、9和6合并并泵压恢复至131bara，供入区17中的蒸汽发生区，在此经由导管19传递245.3GJ/hr以产生在131bara和331.45℃下的115,290千克/小时的饱和高压蒸汽，完成蒸汽循环。此蒸汽循环的总效率，E，为34.1％。这一效率为对比例2中所报道的效率的104.2％，并具有高得多的蒸汽涡轮机出口干度，这符合本发明的目的。此外，23.2MW的总发电量比对比例2(22.3MW)的多出4.1％。
对比例3-将在41.4bara和252.36℃下的100,000千克/小时的饱和高压蒸汽供入出口压力为0.12bara且机械效率为86.5％的蒸汽涡轮机以发电。该涡轮机产生20.75MW，在涡轮机出口的蒸汽干度为77.4％。来自涡轮机出口的湿蒸汽在0.12bara蒸汽的饱和温度(49.6℃)下冷凝，在冷凝过程中释放出184.5GJ/hr。将冷凝的蒸汽泵压恢复至41.4bara并进行热传递，其中传递259.3GJ/hr以产生在41.4bara和252.36℃下的100,000千克/小时的饱和高压蒸汽，完成蒸汽循环。此蒸汽循环的总效率E为28.9％，其中：
E＝(输入的热量-冷凝功率)/输入的热量＝(259.3GJ/hr-184.5GJ/hr)/259.3GJ/hr
实施例8-实施例8，按照图4的命名法，显示了蒸汽循环的总效率。如对比例3中那样，经由导管19输入蒸汽发生区17的热量为259.3GJ/hr。104,860千克/小时的液态水经由导管16在热传递区17中沸腾以产生经由导管1离开的在41.4bara和252.36℃下的104,860千克/小时的饱和高压蒸汽。经由导管3转移8,070千克/小时，其余96,790千克/小时经由导管2转移并在蒸汽涡轮机20中以86.5％机械效率膨胀以产生6.00MW电能和在10.34bara，181.35℃，90％干度下的饱和蒸汽。将所得较低压力蒸汽分成在导管6中的9,660千克/小时的饱和液体和在导管5中的87,130千克/小时的饱和蒸气。导管5在交换器8中与导管3进行热交换。热交换器中的接近温度为5℃，产生导管10中的在247.36℃，10.34bara下的过热的较低压力蒸汽和导管9中的在252.36℃下的冷凝的高压蒸汽。将导管10中的过热的较低压力蒸汽供入出口压力为0.12bara且机械效率为86.5％的蒸汽涡轮机11以产生15.2MW的电能。涡轮机出口，导管12处的蒸汽具有88.1％的干度。在交换器13中通过去除173.34GJ/hr的能量，将导管12充分冷凝，并作为49.5℃的饱和液流14离开。将流14、9和6合并并泵压恢复至41.4bara，供入区17中的蒸汽发生区，在此经由导管19传递259.3GJ/hr以产生在41.4bara和252.36℃下的104,860千克/小时的饱和高压蒸汽，完成蒸汽循环。此蒸汽循环的总效率，E，为29.5％。这一效率为对比例2中所报道的效率的102.2％，并具有高得多的蒸汽涡轮机出口干度，这符合本发明的目的。此外，21.21MW的总发电量比对比例2(20.75MW)的多出2.2％。
实施例9-实施例9显示了如图5中所示的本发明的实施方案。使来自吹氧的气化器的包含57,242 1bmole/hr的一氧化碳、氢、水和二氧化碳的合成气流进行水煤气转换反应以产生热转化的合成气。在热传递区5中通过产生115,693千克/小时在246.7℃下的37.6bara蒸汽来去除一部分反应热。将合成气在热传递区8中进一步冷却以产生455,475千克/小时在147.6℃下的4.5bara蒸汽。较低压力蒸汽经由导管9离开区8，并在交换器2中通过与导管1中的62,600千克/小时的高压蒸汽热交换来过热。交换器2中的接近温度为5℃。455,475千克/小时的241.65℃的过热蒸汽经由导管10通过涡轮机11(86.5％效率)以产生66.7MW电能。导管12中蒸汽的出口干度为92.8％。与此相比，如果蒸汽9没有过热，发电量为59.9MW，出口干度为86％。

Claims (26)

1.制备过热蒸汽的方法，包括：
(a)从至少一个化学工艺中回收热以产生高压蒸汽；
(b)降低步骤(a)的一部分所述高压蒸汽的压力以产生较低压力蒸汽和剩余部分的所述高压蒸汽；和
(c)从步骤(b)的至少一部分所述剩余部分的所述高压蒸汽向所述较低压力蒸汽传热以由所述较低压力蒸汽产生过热蒸汽。
2.根据权利要求1的方法，其中所述高压蒸汽的所述剩余部分和所述较低压力蒸汽具有40℃至250℃的水饱和温度差。
3.根据权利要求1的方法，其中通过从选自部分氧化、羰基化、氢化、水煤气转换反应、蒸汽重整和同系化的至少一个化学工艺中回收热来产生所述高压蒸汽。
4.根据权利要求3的方法，其中所述至少一个化学工艺包括碳质材料气化以制造合成气、一氧化碳或二氧化碳的氢化以制造甲醇、乙烯的部分氧化以制造环氧乙烷、甲烷的蒸汽重整以制造合成气、甲醇的部分氧化以制造甲醛、由合成气制造费托烃或醇、由氢和氮制造氨、碳质原料的自热重整以制造合成气、对苯二甲酸二甲酯氢化成环己烷二甲醇、甲醇羰基化成乙酸、水煤气转换反应以由一氧化碳和水制造氢和二氧化碳，或其组合。
5.根据权利要求4的方法，其中所述化学工艺包括碳质材料气化以制造合成气。
6.根据权利要求1的方法，其中步骤(a)的所述回收热是通过辐射热交换、对流热交换、或其组合进行。
7.根据权利要求1的方法，其中步骤(a)的所述高压蒸汽是饱和或过热的并具有4至140bara的压力。
8.根据权利要求1的方法，其中步骤(b)的所述压力降低包括通过阀、涡轮机或其组合使所述部分的所述高压蒸汽膨胀。
9.根据权利要求1的方法，其中将所述过热蒸汽送至蒸汽涡轮机。
10.根据权利要求9的方法，其中所述蒸汽涡轮机产生具有80％至100％干度的出口蒸汽。
11.根据权利要求1的方法，其中步骤(c)的所述传热用壳管式热交换器、板框式交换器、螺旋式交换器、板翅式交换器或其组合进行。
12.根据权利要求1的方法，其中所述过热蒸汽和所述剩余部分的所述高压蒸汽具有1至20℃的接近温度。
13.制备过热蒸汽的方法，包括：
(a)使碳质材料与氧、水或二氧化碳反应以产生热和包含氢、一氧化碳和二氧化碳的合成气流，该碳质材料包括甲烷、石油残渣、一氧化碳、煤、焦炭、褐煤、油页岩、油砂、泥炭、生物质、石油精炼残渣、石油焦炭、沥青、真空残油、重油，或其组合；
(b)回收所述热以产生高压蒸汽；和
(c)通过间接热交换从步骤(b)的至少一部分所述高压蒸汽向较低压力蒸汽传热以由所述较低压力蒸汽产生过热蒸汽。
14.根据权利要求13的方法，其中使步骤(a)的所述碳质材料在气化器、部分氧化器或重整器中反应。
15.根据权利要求14的方法，其中所述碳质材料包含甲烷并在重整器中与水反应，或所述碳质材料包含一氧化碳并在水煤气转换反应中与水反应。
16.根据权利要求14的方法，其中所述碳质材料包含煤或石油焦炭并在气化器中与氧反应。
17.根据权利要求16的方法，其中通过阀、涡轮机或其组合使一部分的所述高压蒸汽膨胀以降低所述部分的所述高压蒸汽的压力，由此产生所述较低压力蒸汽。
18.根据权利要求16的方法，其中通过从选自水煤气转换反应、一氧化碳或二氧化碳的氢化以制造甲醇、氮的氢化以制造氨、甲醇的羰基化以制造乙酸、费托法、由一氧化碳和醇制造甲酸烷基酯及其组合的至少一个化学工艺中回收热来产生所述较低压力蒸汽。
19.根据权利要求18的方法，其中所述化学工艺是所述水煤气转换反应、一氧化碳或二氧化碳的氢化以制造甲醇、氮的氢化以制造氨，或其组合。
20.根据权利要求13的方法，其中步骤(a)的所述回收热通过辐射热交换、对流热交换、或其组合进行。
21.根据权利要求20的方法，其中所述回收热通过辐射热交换进行。
22.根据权利要求13的方法，其中步骤(a)的所述高压蒸汽是饱和或过热的并具有4至140bara的压力。
23.根据权利要求13-22任一项的方法，进一步包括：
(d)将所述过热蒸汽送至蒸汽涡轮机。
24.根据权利要求23的方法，其中所述化学工艺包括一氧化碳或二氧化碳的氢化以制造甲醇。
25.根据权利要求23的方法，其中所述蒸汽涡轮机产生具有80％至100％干度的出口蒸汽。
26.根据权利要求23的方法，其中所述蒸汽涡轮机驱动发电机发电或驱动气体压缩机。
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