CN101500939B - 具有蒸汽重整器的合成气生产和处理单元 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于从烃类混合物生产和处理合成气的单元，该单元包括至少一个蒸汽重整器，以及用于在重整器上游处理烃类混合物和/或在重整器下游处理合成气的功能元件，所述元件分布在长度为L的支架周围，一单元，其中重整器垂直于支架放置并位于支架的一端，且所述功能组件分布在长度为L的两侧，以便使得支架的尺寸最小化。本发明具体涉及一种氢生产的单元。

Description

具有蒸汽重整器的合成气生产和处理单元
技术领域
本发明涉及一种通过轻质烃的混合物的重整而获得合成气的生产和处理单元，该单元包括至少一个用于生产合成气的甲烷蒸汽重整器(SMR)，以及用于在重整单元上游处理烃类混合物和用于在重整单元下游处理合成气的独立的功能元件(单元)。
背景技术
本发明特别应用于最终供应氢。在这种情况下，除了蒸汽重整器之外，所述单元通常包括以下独立元件的全部或一部分：氢化脱硫系统或HDS，用于冷却合成气的一个或多个功能元件，CO转化模块(变换)，可能还有用于去除CO2的模块，通常通过变压吸附或PSA分离氢的模块，以及压缩机和各种其它的技术元件，该技术元件的功能是从外部(从供应者或用户)接收供给且设置在界区上。
这些不同的功能元件由一定数量的带有安全装置以及自动阀和/或远程控制器的连接管道连接在一起和/或连接到重整器。
蒸汽重整器在其主要管线中包括：
-辐射室，该辐射室设有管，烃类和蒸汽的混合物通过该管，该辐射室是重整反应的位置，反应所需的热量通过用燃烧器加热所述管来供应，用燃料和空气对燃烧器进行供给，
-对流室，该对流室是对流管线的位置，在这里通过交换器从辐射室中所产生的烟气回收热量，此热量特别地用于产生蒸汽。
蒸汽重整步骤之前常常有预重整步骤。通常预重整器直接连接到重整器且并不构成单独的功能元件。因此在说明书的剩余部分没有将其考虑在内。当看到词“重整器”时，该词可理解为是指重整器或预重整器加上重整器单元。
这样，对于从来自蒸汽重整器的重整气体生产氢(或CO或H2/CO)的任何单元，构成生产单元的功能元件的组件分布在支架的周围。这种支架为金属结构，在该支架的周围设置各种元件(功能元件和重整器)。所述支架下的可用空间可用作各种流体(电、气、水、产品等)通过各种管路或管道进入和离开的通道，以及用于安装各种小尺寸的装置。
在常规结构方案中，设置在所述支架周围的各个元件的布置通过以下方式进行：
-顶部燃烧或侧部燃烧类型的重整器是基部为长方形的元件，且该重整器与支架的一个长侧平行地安放在该长侧上，
-重整器通常在后部、即在重整炉的与对流管线相对的端部处被供给燃料，
-其它功能元件(变压吸附或PSA、氢化脱硫或HDS、合成气的冷却等)与支架的另一长侧垂直地安放在该长侧上，
-所用流体(供给流体、工艺流体、产品以及公用流体(utilité)：冷却水、仪表空气、氮、蒸汽、火炬气等)沿着所述支架通过管路系统。这些所用流体基本上在管路系统的一端、在界区的区域供应和/或去除，在该处形成与外界的连接。
-在各种功能组件之间的连接管道(管路系统、电力供应)沿着所述支架设置。
发明内容
本发明的主题是一种通过重整来处理轻质烃的混合物从而获得气体或气体混合物的生产单元，该单元包括至少一个用于生产合成气的甲烷蒸汽重整器(SMR)，以及用于在重整单元上游处理烃类混合物和用于在重整单元下游处理合成气的功能元件。根据本发明的单元由于更完全地利用了支架的周边及其表面积而优化了支架的利用，因此具有较低的建造成本，这样的优化利用可减小尺寸。本发明还能够减小歧管以及管路系统和用于电力供应的电缆的长度、位于支架下方的土木工程体积以及支架的结构。
为此，本发明涉及一种用于从烃类混合物生产和处理合成气的单元，该单元至少包括：
-蒸汽重整器，
-用于在重整器上游处理烃类混合物和/或在重整器下游处理合成气的功能元件，
-整体上为长方形的支架，具有两个尺寸为L的长侧以及两个也称为端部的短侧，该支架用于分布所述重整器和所述功能元件，以及分布能够传送气体、液体和电流的管道，
其特征在于，重整器大致垂直于支架安放且位于一端处，和/或功能元件分布在支架的尺寸为L的两侧。
由于重整器安放在支架的两端中的一端处，并沿着大致垂直于这一端的轴线安放，所以该设备可称为布置成“T”形结构。流体(气体、液体和电流)有利地在另一端供入和/或排出。
上述支架是一种长方形的支架，具有尺寸为L的较长的两侧，以及较短的两侧或端部。很明显它的形状可具有较小的变型且特别地可在所述支架上附加额外的支架元件，只要支架元件的面积比主支架的面积小得多即可。
优选地，由于至少功能元件通过管道互连(直接连接)，它们分布成使得所述管道的长度最小。
有利地，至少两个互连的功能元件在支架的两侧基本面对面地安放。
用于在重整器上游处理烃类混合物的功能元件中的一个可以是氢化脱硫模块。
当用于生产合成气的至少一种供给流体是石脑油时，用于在重整器的上游进行处理的功能元件中的一个是用于石脑油的预处理的模块(或石脑油模块)。
本发明特别适于生产氢，且因此本发明的优选的实施例涉及一种包括用于处理合成气以便生产氢的功能元件的单元。
在这种情况下，用于生产氢的设备有利地包括以下功能元件的全部或一部分：
-用于在重整器上游处理烃类混合物的氢化脱硫系统(HDS)，
-用于冷却合成气的模块，
-用于净化氢的模块(PSA)，
-用于循环氢以便供给HDS的压缩机，也称为“循环H2压缩机”，
-HDS和重整器的氮启动模块(氮SU)。
根据本发明的另一变型，这涉及一种单元，其特征在于它包括用于处理合成气以便生产H2/CO的混合物的功能元件。
在这种情况下，所述设备可特别地包括以下功能元件的全部或一部分：
-HDS组件，
-用于冷却合成气的模块，
-循环H2压缩机，
-氮启动模块。
根据本发明的另一变型，这涉及一种包括用于处理合成气以便(还)生产一氧化碳的功能元件的单元。在这种情况下，除了上述元件，所述单元可特别地包括：
-例如MDEA类型的用于去除CO2的单元，
-CO冷箱。
这种类型的重整器具有辐射室和对流室，且通常包括蒸汽重整器。所述重整器有利地是用于从要重整的轻质烃的混合物生产合成气的蒸汽重整器类型，包括：至少一个容纳有用于重整容纳在所述混合物中的甲烷的重整管的重整炉，以及用于为重整提供所需热量的燃烧器；用于供应要重整的混合物和蒸汽的装置；设计成为燃烧器提供燃料的用于向所述炉供给燃料的装置；用于使离开所述炉的烟气循环的对流管线；其中用于向所述炉供应燃料的装置位于所述炉的位于对流室一侧的端部，通过这种方法能够限制管道的长度。
附图说明
结合附图阅读以下仅作为示例的描述可更好地理解本发明，其中图1A、2A、3A、4A表示根据现有技术的常规结构，图1B、2B、3B、4B表示根据本发明的结构。
图1A是根据已知的常规布置的用于生产和处理合成气的设备的示意图；
图1B是根据本发明的“T”形结构布置的用于生产和处理合成气的对比设备；
图2A是用于图1A的设备的歧管的示意图；
图2B是用于根据本发明的图1B的设备的歧管的示意图；
图3A是图1A的设备的功能组件之间的相互连接的示意图；
图3B是根据本发明的图1B的设备的功能组件之间的相互连接的示意图；
图4A示出用于生产氢的常规设备的特设示例；
图4B示出等同于图4A的设备的特设示例，但是该设备根据本发明的“T”形结构来布置。
具体实施方式
应当理解本发明并不局限于特别是图1B到图4B所描述的实施例。实际上根据本发明的设备将不会包括所描述的所有功能元件，根据本发明的设备还可包括其它功能组件。
图1A中示出的设备包括：
-以常规方式在后部供给燃料的类型的重整器1A，
-长度为LA的支架2A，
-六个单独的子组件或功能组件，附图标记3到8。
重整器1A沿着长度为LA的侧部中的一个布置成平行于支架2A。六个功能组件3到8布置在支架2A的另一侧，并与该侧垂直。
图1B中示出的根据本发明的设备(与图1A中示出的设备)类似，且包括相同数目的相同属性的元件，即：重整器和支架，以及相同的六个单独的子组件或功能组件，其中：
-重整器1B是根据本发明的优选的重整器，且在所述炉的位于对流室侧的端部、即大致在重整器的中央部分上被供给燃料，(该重整器也可利用合适的供给装置在该重整器的端部进行供给)，
-支架1B的长度为L，即长度大致为LA/2，
-六个子组件3到8和图1中的对应组件相同。
根据本发明的重整器1B设置成在支架的一端处垂直于支架，通过这种方法完全为支架空出长度L。因此，六个功能组件3到8可在长度为L的支架2B的可用的两个侧部上分布，其中这些功能组件具有的可用的支架总长度为2×L可用，即等同于根据图1A的布置中具有的可用的长度。
在图2A和图2B中示出向重整器供给所用流体的管道，以及图1A和图1B的设备的各个功能组件3到8。所用流体(冷却水、仪表空气、氮、蒸汽、火炬气等)通过在支架的区域集合在一起的管路流过。对于各种流体，来自1B和3至8中的各元件的管路系统再结合为称作公用歧管的歧管，该歧管沿着所述支架定位，从而该歧管具有大致和所述支架自身的长度相等的长度。这些歧管确保全部所用流体沿着所述支架在专用于功能元件或专用于重整器的管道和用于供应或排出所述所用流体的装置、位于所述支架的端部的装置之间进行分配，在所述支架的端部处以常规形式与用户形成连接。这也确保了可能由所述组件中的一个所产生的流体的分配。
因此，在本文中，图2A的设备要求歧管的长度为2×L，图2B的设备仅需要歧管的长度为L。同样，所述管道的长度也除以2(减少了L)，这可造成相当大的节省。
此外，且根据它们的功能，一定数目的功能组件必须互连。在图3A和图3B中已经示出组成图1A和图1B中的设备的各个功能组件3到8之间的一些互连。
这样，功能组件3与功能组件5和6互连，功能组件4和功能组件8互连，且功能组件5又和功能组件6和7互连。
在图3A中，根据已知的常规结构，功能组件沿着所述支架集合在单侧，这些互连需要管路的组件沿所述支架平行设置，这对应于比所述支架的长度长得多的大的管路系统累积长度。
在图3B中，重整器安置于所述支架的端部，且根据本发明功能组件以“T”形结构分布在所述支架的两侧。在所述支架上的管路系统的累积长度因此大大减小，且在所述元件高度互连时更是这样。在这种情况下，功能元件在所述支架的两侧分布、特别是将某些互连的功能元件设置成面对面的合理布置使得能够在功能元件之间产生直接连结并从而释放所述支架上的空间。
图4A的用于生产氢的设备是常规设备，该常规设备包括：
-以已知的方式在后部被供给燃料的类型的重整器41A；
-长度为L4A的支架42A；
-以下5个功能组件，附图标记43-47：
·43：用于在重整器上游处理烃类混合物的氢化脱硫组件(HDS)，
·44：用于冷却合成气的模块，
·45：用于净化氢的模块(PSA)，
·46：用于供给HDS的循环氢压缩机，也称为“循环H2压缩机”，
·47：用于HDS和重整器的氮启动模块(氮SU)。
此设备设计成由天然气构成的烃类源来生产氢，且通过以下方式工作：天然气NG供应给氢化脱硫组件43，且然后离开该组件的脱硫气体引入到重整器41A，在该重整器41A中脱硫气体被重整以提供热的合成气。热的合成气进入冷却模块44且然后引入PSA净化模块45以便生产氢。所生产的H2主要传输到所述支架朝向用户的端部，一部分H2在压缩机46中被压缩后传输到HDS组件43。此外，氮启动模块47向重整器41A和HDS 43供应用于启动阶段的氮。天然气的很大一部分用作重整器的燃料，来作为PSA(过程)的残余气体的补充。
重整器41A设置成沿着长度为L4A的一侧平行于支架42A。
功能组件43到47设置在所述支架的另一侧上，并垂直于这一侧。
全部流体沿着所述支架通过。它们包括工艺流体即天然气、合成气和产生的氢气，以及氮和循环的氢以及所有公用流体。
图4B中示出的根据本发明的设备可进行对比，且包括相同数目的具有相同属性的元件，即：
-重整器41B，该重整器在此是根据本发明的优选的重整器的类型，即该重整器在所述炉的位于对流室侧的端部、即大致在该重整器的中央部分被供给燃料；
-长度为L4B的支架42B；
-以下5个功能组件，附图标记为43至47(它们和图4A的对应部件相同)：
·43：用于在重整器上游处理烃类混合物的氢化脱硫组件(HDS)，
·44：用于冷却合成气的模块，
·45：用于净化氢的模块(PSA)，
·46：用于供给HDS的循环氢压缩机，也称为“循环H2压缩机”，
·47：用于HDS和重整器的氮启动模块(氮SU)。
图4B的设备以和图4A的设备相同的方式进行工作，即通过以下方式进行：该设备设计成从天然气源生产氢；天然气NG供应给氢化脱硫组件43，且然后从该组件离开的脱硫气体引入到重整器41B中，在该重整器中脱硫气体被重整以便提供热的合成气。热的合成气进入冷却模块44中且然后引入到PSA净化模块45以便生产氢。所生产的氢主要传输到所述支架朝向用户的端部，一部分H2在压缩机46中被压缩后传输到HDS组件43。此外，氮启动模块47向重整器41B和HDS 43供应用于启动阶段的氮。天然气的很大一部分用作重整器的燃料，来作为PSA(过程)的残余气体的补充。
全部流体沿着所述支架通过。它们包括工艺流体即天然气、合成气和生产的氢气，以及氮和循环的氢气以及全部公用流体。
-重整器41B是根据本发明的优选的重整器：该重整器在所述炉的位于对流室侧的端部、即大致在该重整器的中央部分被供给燃料；
-支架42B的长度为L4B，即大致为L4A/2；
-5个元件43到47与图4A的对应元件相同。
根据本发明的重整器41B安置成在所述支架的一端垂直于所述支架，通过这种方法释放所述支架的一个整个的长度L4A/2。五个功能元件因此可在所述支架的两个可用侧上分布，其中通过这种方法所述两个可用侧具有所述支架长度L4B二倍的可用长度，该两倍的可用长度等于L4A(该长度是根据图4A的布置中的可用长度)。
元件43到47的布置进行合理的选择，以便最好地利用所述支架周围的可用空间且使得管道的长度最小化。
因此，元件46(循环压缩机)安置成大致面向PSA 45且大致面向HDS43。
传输各种流体的管道的长度减到最小，一方面是因为所述元件相对彼此安置，另一方面并且特别是因为所述支架的长度为已知的常规方案中的支架长度的一半。
因此，如附图和示例所示，根据本发明的“T”形结构的用于将轻质烃的混合物进行蒸汽重整以便生产合成气以及随后处理合成气的设备的布置能够通过如下途径而显著减少设备的建造成本：
-分布构成设备的功能元件所需的支架的长度大致减少1/2，以及
-管道长度减少得较少，但是该减小很重要，因为这涉及用于液态和气态流体通过的管路系统且涉及电缆。
如果使用这样一种重整器，该重整器的用于向所述炉供给燃料的装置位于所述炉的位于对流室一侧的端部，则这种布置将更加有利。这能够使得所述支架的端部和所述供应装置之间的管道长度最小化。
除特别用于生产氢之外，本发明还可用于生产一氧化碳和/或二者的混合物，只要使用的重整器装备有炉和对流室即可。

Claims (5)

1.一种用于从烃类混合物生产和处理合成气的单元，该单元至少包括：
-蒸汽重整器，
-用于在重整器上游处理烃类混合物的独立的功能元件，
-用于在重整器下游处理合成气的独立的功能元件，
-整体上为长方形的支架，具有两个尺寸为L的长侧以及两个也称为端部的短侧，该支架用于分布所述重整器和所述功能元件，以及分布能够传送气体、液体和电流的管道，
其特征在于，所述重整器大致垂直于支架安放且位于一端部处，所述独立的功能元件分布在支架的尺寸为L的两个长侧上，气体、液体和电流在支架的第二端部被供入和/或排出。
2.根据权利要求1所述的单元，其特征在于，通过管道互连的一些功能元件分布成使得所述管道的长度最小，并且至少两个互连的功能元件在支架的两侧基本面对面地安放。
3.根据权利要求1或2所述的单元，其特征在于，该单元用于生产氢，并且包括以下功能元件的全部或一部分：
-用于在重整器上游处理烃类混合物的氢化脱硫系统(HDS)，
-用于冷却合成气的模块，
-用于净化氢的模块(PSA)，
-用于循环氢以便供给HDS的压缩机，也称为“循环H2压缩机”，
-HDS和重整器的氮启动模块(氮SU)。
4.根据权利要求1或2所述的单元，其特征在于，该单元包括用于处理合成气以便生产H2/CO的混合物的功能元件。
5.根据权利要求1或2所述的单元，其特征在于，该单元包括用于处理合成气以便生产一氧化碳的功能元件。
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