CN101538013A - 具有有限蒸汽输出的蒸汽烃重整方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及具有有限蒸汽输出的蒸汽烃重整方法。本发明公开了一种在其中几乎不产生或不产生输出蒸汽的生产设备中制氢和/或合成气的方法。由来自过程中的废热所产生的高压蒸汽的大部分或全部用于几乎没有或没有蒸汽输出的蒸汽烃重整炉中。该方法使用增氧燃烧，其可以包括吹氧和/或富氧燃烧。使用该方法的设备效率可以比得上现有技术类型的方法。

Description

具有有限蒸汽输出的蒸汽烃重整方法
相关申请的交叉引用
本专利申请要求于2008年3月17日提交的美国临时申请第61/037,190号的优先权，该申请的内容通过引用的方式在此并入。
技术领域
本发明涉及一种通过蒸汽(steam)烃重整来产生氢和/或合成气并使用来自该蒸汽烃重整过程的废热来产生蒸汽的方法。更具体的说，本发明涉及这样一种方法：在几乎没有或没有蒸汽输出(steamexport)的重整炉中使用增氧燃烧(oxygen-enhanced combustion)方法。
背景技术
合成气用于生产例如氨、甲醇和氢之类的产品。合成气通过高温过程产生，其中大量废热可用。废热通常用于产生蒸汽，并帮助改善合成气设备的总效率。在典型设备中，废热所产生的蒸汽量显著地超过用于在蒸汽烃重整炉中重整烃类进料所需的蒸汽量。过量的蒸汽被输出或用于在汽轮机中发电。
然而，输出蒸汽需要昂贵的管路系统，包括控制和安全阀、凝汽缶、伴热等。当附近需要蒸汽和/或顾客乐于为蒸汽支付合理价格时，输出蒸汽被证明是正确的。输出蒸汽还可能限制电站的位置，以便尽可能减少蒸汽输出管路的长度。
用于生产合成气的设备产生大量来自废热的蒸汽。根据设计，总蒸汽量可以比蒸汽烃重整炉内部用途所需的量多出35％到300％。目前的工业实践将过量蒸汽输出或将蒸汽应用于电力生产用汽轮机中。这两种选择均需要额外的资本支出，并且当没有顾客乐于以合理价格购买蒸汽时或者当不能具有竞争性地发电时其可能成本过高。
对于其中未证明蒸汽输出的小型制氢单元来说，一部分过量蒸汽经常以较低效率应用于过程中或者被出售。制氢设备可以设计为具有较少的热量回收设备，从而导致设备的效率更低。
存在多种已用于改变来自合成气设备的总蒸汽产生并减少蒸汽输出的设计方案。这些设计方案考虑了过程限制，例如催化剂蒸汽重整炉的附加燃料需要。
一项广泛使用的选择是将供重整炉使用的燃烧空气预热到高温，例如，高达600℃(1100°F)。燃烧空气通常在重整炉的对流段中预热，并且可以根据所需预热温度而设置为使用一级或二级。将燃烧空气预热有助于减少重整炉中燃烧所需的燃料量。因为使用了较少的燃料，来自重整炉的烟道气流被减少了，从而导致更少的用于产生蒸汽的废热。
燃料预热对总蒸汽产生的影响与此类似，但影响较小。
另一项选择是使用绝热预重整炉。绝热预重整炉是一种填充有镍基重整催化剂的容器，其位于主重整炉的上游。蒸汽与烃的混合进料在高温下进料到绝热预重整炉中。预重整过的产品通过燃烧产物气体再次加热，然后进料到主重整炉中。
使用预重整炉允许通过加热预重整炉的排出物流而将从烟道气中回收的额外的热返回到过程中，由此减少了可用于产生蒸汽的热量。使用预重整炉具有其它利益，例如从进料到主重整炉的进料物流中除去高级烃。
包括预重整炉的设备通常是成本有效的，因为可以减少主重整炉的尺寸同时保持高效率。
这些减少蒸汽量的方法可用于输出蒸汽几乎没有或没有价值的情况。然而，使用空气预热和/或预重整炉仍然具有显著的废热，并且在不受益于蒸汽输出的情况下不能提供合适的效率。
当所生产的蒸汽的效用不能合理地成为影响合成气生产设备的效率的因子时，需要减少对设备效率的影响的方法。
当几乎不需要或不需要或者几乎不产生或不产生输出蒸汽时，需要减少对设备效率的影响。合意的是在重整过程汇总产生氢，同时几乎不产生或不产生输出蒸汽并同时保持总的设备效率。
发明内容
本发明涉及一种在生产设备中生产氢的方法。该方法包括由进料(feed)蒸汽物流和含烃的重整炉原料(feedstock)物流形成重整炉进料气体混合物物流，其中所述进料蒸汽物流具有第一蒸汽质量流量R1；将该重整炉进料气体混合物物流引入催化蒸汽重整炉的多个含催化剂的重整炉管中，并在有效形成含氢的重整气体混合物的反应条件下在重整反应中使烃与蒸汽反应；将燃料引入重整炉的燃烧段；将氧和氮引入重整炉的燃烧段中，其中O2/N2摩尔比为0.35到2.3或0.6到0.8；在有效地使燃料燃烧形成燃烧产物气体混合物并产生热量以便为重整反应供应能量的条件下，在燃烧段中用氧来燃烧燃料；从重整炉的燃烧段抽出燃烧产物气体混合物；从多个含催化剂的重整炉管中抽出重整的气体混合物；和经由含液态水的物流与由重整的气体混合物形成的物流和由燃烧产物气体混合物形成的物流中的至少一种之间的间接换热，从含液态水的物流形成包含蒸汽的中间气体物流，其中所述中间气体物流包含压力为2MPa到12MPa或者2MPa到5MPa的蒸汽，并且具有第二蒸汽质量流量R2，其中 0.9 ≤ R 2 R 1 ≤ 1.2 或 0.9 ≤ R 2 R 1 ≤ 1.1 .
所述第二蒸汽质量流量R2的90％-100％可通过含液态水的物流与由重整的气体混合物形成的物流之间的间接换热产生。
所述第二蒸汽质量流量R2的0％-10％可通过含液态水的物流与由燃烧产物气体混合物形成的物流之间的间接换热产生。
R2可以等于R1，且所述第二蒸汽质量流量R2的100％可经由含液态水的物流和含重整的气体混合物的物流之间的间接换热而产生，且所述第二蒸汽质量流量R2的0％可经由含液态水的物流和含燃烧产物气体的物流之间的间接换热而产生。
该方法还可包含用由至少一部分含蒸汽的中间气体物流形成的物流来补足进料蒸汽物流。
燃料的氢浓度可以为0-40mol％或0-20mol％。
氧和氮可作为富氧的氧化剂混合物而共同引入。
被引入到燃烧段中的氧的第一部分可作为氧浓度为20mol％-26mol％的第一氧化剂混合物来引入，且被引入到燃烧段中的氧的第二部分可作为氧浓度为26mol％-100mol％的第二氧化剂混合物来引入。所述第一部分可以是氧浓度为21mol％的空气。
该方法还可包括经由中间气体物流与由重整的气体混合物形成的物流的至少一部分或由重整气体混合物形成的另一物流之间的间接换热而使至少一部分中间气体物流过热，从而形成过热的中间气体物流，并用由至少一部分过热的中间气体物流形成的物流来补足进料蒸汽物流。所述过热的中间气体物流可以过热40℃到175℃。
该方法还可包括经由中间气体物流与由燃烧产物气体混合物形成的物流的至少一部分或由燃烧产物气体混合物形成的另一物流之间的间接换热而使至少一部分中间气体物流过热，从而形成过热的中间气体物流，并用至少一部分过热的中间气体物流来补足进料蒸汽物流。所述过热的中间气体物流可过热40℃到175℃。
该方法还可包括将由重整的气体混合物形成的温度为800℃到930℃的物流的至少一部分引入到含氧化铜基催化剂的变换反应器中。
该方法还可包括经由中间气体物流与由重整的气体混合物形成的物流的至少一部分或由重整的气体混合物形成的另一物流之间的间接换热而使中间气体物流过热，从而形成过热的中间气体物流，使至少一部分过热的中间气体物流通过汽轮机来发电，并从而形成来自过热的中间气体物流的汽轮机流出物，并且用至少一部分汽轮机流出物来补足进料蒸汽物流。该方法还可包括使用通过所述汽轮机产生的电力来进行氧生产。
该方法还可包括经由中间气体物流与由重整的气体混合物形成的物流的至少一部分或由重整的气体混合物形成的另一物流之间的间接换热而使中间气体物流过热，从而形成过热的中间气体物流，使至少一部分过热的中间气体物流通过汽轮机来产生轴功，并从而形成来自过热的中间气体物流的汽轮机流出物，并且用至少一部分汽轮机流出物来补足进料蒸汽物流。该方法还可包括使用所述轴功来产生氧。
附图说明
图1是用于根据本发明的方法制氢的生产设备的工艺流程图。
图2是举例说明用于制氢和产生输出蒸汽的现有技术型生产设备的工艺流程图。
图3是举例说明用于制氢和产生输出蒸汽的现有技术型生产设备的工艺流程图，其包括预重整炉和高温变换反应器。
图4是举例说明用于制氢和产生输出蒸汽的现有技术型生产设备的工艺流程图，其包括预重整炉和中温变换反应器。
图5是举例说明用于制氢和产生输出蒸汽的现有技术型生产设备的工艺流程图，其包括绝热预重整炉、高温变换反应器和传热重整炉。
图6是举例说明用于根据本发明的方法制氢的生产设备的工艺流程图。
具体实施方式
这里所使用的不定冠词“a”和“an”当在说明书和权利要求书中描述的本发明的实施方式中用于任何特征时表示一个或多个(一种或多种)。除非具体说明了这样的限制，“a”和“an”的使用并非将其含义限制为单个特征。位于单数或复数名词或名词短语之前的定冠词“该(所述)”表示单个具体指定的部件或复数个具体指定的部件，并且可以根据其所使用的上下文而具有单数复数的含义。形容词“任何”无差别地表示任何量中的一个、一些或全部。
为简单和清楚起见，省略了对公知装置、回路和方法的详细说明，从而不会因不必要的细节而模糊了对本发明的描述。
短语“至少一部分”表示“部分或全部”。
本发明涉及一种用于在生产设备中制氢的方法。该方法将参考图1来描述，该图显示了生产设备501的工艺流程图。所述方法利用催化蒸汽重整。催化蒸汽重整也称为蒸汽甲烷重整(SMR)或蒸汽重整，其定义为用于通过与蒸汽在催化剂上反应而将重整炉原料转换为合成气的任何过程。合成气通常称为合成气(syngas)，其是包含氢和一氧化碳的任何混合物。重整反应是吸热反应，且通常可以描述为CnHm+nH2O→nCO+(m/2+n)H2。当产生合成气时会产生氢。
用于制氢和/或合成气的生产设备是重整炉及用于制氢和/或合成气的配套设备。配套设备可包括绝热预重整炉、换热器、泵、风扇、水煤气变换反应器、变压吸附器、冷凝器、锅炉、蒸汽罐、脱硫器、脱气器、集管、歧管、管路等。
催化蒸汽重整在催化蒸汽重整炉500中进行。催化蒸汽重整炉也叫做蒸汽甲烷重整炉，其在这里定义为用于通过使用由燃料燃烧提供的热而与蒸汽在催化剂上发生反应而将含有元素氢和碳的重整炉原料转换为合成气的任何燃炉(fired furnace)。原料可以是天然气、甲烷、粗汽油、丙烷、炼油厂燃料气、精炼厂废气或本领域已知的其它合适的重整炉原料。合适的操作温度在进口处为350℃到650℃，且在出口处为750℃到950℃。合适的压力范围是1-50atm。催化蒸汽重整炉的优选操作条件是本领域已知的。
所述方法包括由进料蒸汽物流503和原料物流1来形成重整炉进料气体混合物物流510。重整炉原料物流包括烃。
进料蒸汽物流是包含90-100质量％的蒸汽或99-100质量％的蒸汽的任何物流，其用于形成重整炉进料气体混合物物流。通常，进料蒸汽物流将是仅含有少量其它组分或杂质的蒸汽。进料蒸汽物流具有第一蒸汽质量流量R1。该第一蒸汽质量流量R1是进料蒸汽物流中蒸汽组分的质量流量。在蒸汽浓度为95质量％的情况中，第一蒸汽质量流量是95％乘以物流的总质量流量。由于这里所使用的不定冠词“a”和“an”当应用于说明书和权利要求书中的任何特征时表示一个或多个(一种或多种)，因此一股或多股进料蒸汽物流可用于形成重整炉进料气体混合物。这时，第一蒸汽质量流量R1表示所述一股或多股进料蒸汽物流的合计蒸汽质量流量。
重整炉原料物流是包含适合在重整反应中用于形成氢的烃的任何物流。所述烃可以是任何C1-C5的烷烃或链烯，或者是已知并用于蒸汽烃重整的任何其它烃。重整炉原料物流可以是例如天然气物流或纯化甲烷物流。其它重整炉原料可包括任何含烃物流，例如丙烷、汽化丁烷、汽化粗汽油或炼油厂燃料气(RFG)。由于这里所使用的不定冠词“a”和“an”当应用于说明书和权利要求书中的任何特征时表示一个或多个(一种或多种)，一股或多股含烃的重整炉原料物流可用于形成重整炉进料气体混合物。同样，重整炉原料物流可包括一种或多种烃。
重整炉进料气体混合物物流是含有包含蒸汽和至少一种适用于引入到重整炉中以产生氢的烃的气体混合物的任何物流。重整炉进料气体混合物一般称为“混合进料”。重整炉进料气体混合物物流可以通过将重整炉原料物流与进料蒸汽物流混合而形成。重整炉进料气体混合物物流可以通过将进料蒸汽物流与重整炉原料物流混合并使该混合物通过绝热预重整炉(未示出)来形成。重整炉原料物流中的蒸汽与碳的摩尔比可为1.5-5。重整炉原料物流中的蒸汽与碳的摩尔比可为2-4。
预重整炉可以是绝热预重整炉或对流预重整炉。预重整炉是本领域公知的。预重整炉在这里定义为用于通过在加热或不加热的情况下与蒸汽在催化剂上发生反应而将含有元素氢和元素碳的原料转换为合成气的任何无燃烧的容器。预重整炉可以是绝热的固定床反应器。预重整炉可以是管式反应器。预重整炉通常与主重整炉使用不同类型的催化剂，例如高活性、高镍含量的催化剂。预重整炉中的温度可以为约800°F(400℃)到约1100°F(600℃)。施加到预重整炉的热可以由来自重整炉或其它来源的燃烧产物(废气)来提供，但是特征为不使用通过燃烧火焰的直接辐射加热。预重整炉和重整炉可以是物理连接的。预重整炉流出物中的H2浓度通常不到20mol％的H2，而重整炉流出物中的H2浓度通常高于45mol％的H2。预重整炉流出物中的CH4浓度通常为约25mol％的CH4，而重整炉流出物中的CH4浓度通常不到约6mol％的CH4。
形成可以是单步，或者可包括多个步骤的组合，例如，混合、反应、加热、冷却、压缩、膨胀、节流、分离等。如果混合物包括来自第一气体的一种或多种元素组分和来自第二气体的一种或多种元素组分，则混合物由第一气体和第二气体形成。例如，包括来自含甲烷的第一气体的元素碳和/或元素氢以及来自含水的第二气体的元素氢和/或元素氧的的混合物由含甲烷的第一气体和含水的第二气体形成。混合物可包括作为来自含甲烷的第一气体的甲烷的元素碳和元素氢，以及作为来自含水的第二气体的水的元素氢和元素氧。或者，含甲烷的第一气体和含水的第二气体可以发生反应以使混合物包括作为二氧化碳的来自含甲烷的第一气体的元素碳和来自含水的第二气体的元素氧。
如果第一混合物包括来自第二混合物的一种或多种元素组分，则第一混合物由第二混合物形成。例如，包括处于二氧化碳和氢形式的元素碳、元素氢和元素氧的第一混合物可以经由包含处于一氧化碳和水形式的元素碳、元素氢和元素氧的第二混合物的变换反应来形成。同样，如果第一混合物包括第二混合物并由此具有相同组成，则第一混合物由第二混合物形成。
如果第一混合物包括第二混合物的至少一部分，则第一混合物由第二混合物组成。
所述方法包括将重整炉进料气体混合物物流510引入到催化蒸汽重整炉的多个含催化剂的重整炉管525中，并在有效形成含氢的重整气体混合物512的反应条件下在重整反应中使烃与蒸汽反应。所述重整炉进料气体混合物可以通过集管来分配到多个含催化剂的重整炉管中。
用蒸汽在催化剂上转换原料的反应在重整炉的反应段中进行，所述反应段在含催化剂的重整炉管525内部。催化蒸汽重整炉可具有多个含催化剂的重整炉管，重整炉进料气体混合物通过该含催化剂的重整炉管形成含氢的重整气体混合物。这里所使用的“多个”表示三个或更多个。催化蒸汽重整炉可具有多达1100根含催化剂的重整炉管。含催化剂的重整炉管是通常为管状的反应器，其已经装填了小球、规整填料或本领域已知的其它含催化剂包装形式的催化剂。管的横截面可以是圆形或其它所需形状。用于对重整炉原料进行重整的合适催化剂是本领域已知的。用于制造重整炉管的合适材料是本领域已知的。
有效形成重整的气体混合物的反应条件包括500℃到1200℃的温度和1-50atm的压力。优选的反应条件是本领域已知的。
重整的气体混合物是已经通过重整反应形成的任何气体混合物。在含催化剂的重整炉管中产生的重整气体混合物通常包含H2、CO、CO2和H2O。重整的气体混合物还可以包含来自未在含催化剂的重整炉管中反应的进料的CH4。重整气体混合物中H2的浓度通常是40mol％到55mol％。CO的浓度通常是7mol％到18mol％。
所述方法包括将燃料532引入到重整炉500的燃烧室段550中。
被引入到重整炉的燃烧室段中的燃料可以是适用于通过在重整炉燃烧来提供热的任何燃料。所述燃料可包括变压吸附器残气、炼油厂燃料气、精炼厂尾气、天然气、纯化甲烷、丙烷等。变压吸附器残气通常具有低浓度的H2。因此，所述燃料可具有0到小于50mol％H2或0到20mol％H2的H2浓度。变压吸附器残气是除氢产品之外的来自变压吸附器的任何排出物流。由于这里所使用的不定冠词”a”和“an”当应用于说明书和权利要求书中的任何特征时表示一个或多个(一种或多种)，一种或多种燃料可被引入到重整炉的燃烧段中。通常情况是使用多种燃料。变压吸附器残气可以是主要燃料，并且当需要提高为重整反应提供的燃烧能时可加入补充燃料，例如天然气。加入的补充燃料有时被称为“配平燃料(trim燃料)”。燃料的H2浓度以所得的补充燃料与变压吸附器残气的合并物流为基准。
重整炉的燃烧段是其中发生燃烧的区段。通常火焰是可见的，但也可使用无焰燃烧。
所述方法包括将氧和氮533引入到重整炉的燃烧段550中，其中O2/N2摩尔比为0.35-2.3。氧和氮可被引入重整炉的燃烧段，其中O2/N2摩尔比为0.6到0.8。
增氧燃烧用于所述方法中。有效的氧浓度大于空气中的氧浓度。空气的氧浓度约为21mol％，且氮浓度约为79mol％。相应地，空气中O2/N2摩尔比为约0.266。根据所述方法，有效浓度为26mol％到70mol％的氧。相应地，O2/N2摩尔比为0.35到2.3。
氧可以以带有吹氧的空气和/或作为富氧空气的形式而引入到重整炉的燃烧段中。当使用富氧空气时，在将氧化剂混合物引入到燃烧段中之前将氧与空气掺合；然后将氧和氮以氧浓度为26到70mol％氧的富氧的氧化剂混合物形式而共同引入。当使用吹氧时，将一股或多股空气物流与一股或多股氧浓度为40到100mol％的氧化剂混合物的独立物流一起引入到燃烧段中。
氧可以经由氧浓度为21到30mol％的第一氧化剂物流和氧浓度为30到100mol％的第二氧化剂物流来引入到重整炉的燃烧段中。任何氧浓度组合的氧化剂物流可用于提供0.35到2.3的O2/N2。
工业级氧的浓度取决于氧源。例如，低温产生的氧可大于99.9mol％O2，而通过吸附产生的氧可以是85到95mol％O2。吹氧的浓度不那么重要。重点在于，合并的空气物流和吹氧物流提供0.35到2.3的O2/N2摩尔比。
O2/N2摩尔比是氧的摩尔流量之和除以氮的摩尔流量之和，或者算数表达为：
Σ i = 1 n ( F O 2 ) i Σ i = 1 n ( F N 2 ) i ,
其中
Figure A20091012895000152
是物流i中的氧的摩尔流量，
Figure A20091012895000153
是物流i中氮的摩尔流量，且n是向燃烧段中引入氧和/或氮的物流总数。例如，如果以1000mol/h的总摩尔流量引入空气，并通过吹氧而以150mol/h的总摩尔流量引入纯氧，则O2/N2摩尔比是 1000 × 0.21 + 150 1000 × 0.79 = 0.46 .
可以在将燃料引入到燃烧段中之前将至少一部分燃料与氧化剂预混合。至少一部分燃料可以通过燃料喷枪来引入。为确保燃料基本上完全燃烧，氧/燃料摩尔比通常具有的化学计量提供约5到10mol％的过剩氧量。因此，氧存在于燃烧产物气体混合物中。
燃料和氧化剂可以通过燃烧器来引入。与重整炉一起使用的燃烧器可通过商业途径得到。这些燃烧器可修改以用于更高的氧浓度。尽管增氧燃烧的使用在重整炉领域中不常使用，但用于使用更高氧浓度的燃烧器的结构的合适材料是已知的。工业气体公司拥有供应适用于使用工业氧的燃烧器的悠久历史。例如，玻璃工业使用其中氧浓度为85-100mol％氧的氧燃料燃烧器。
通过使用增氧燃烧而不是空气，相对来说，更多能量进入重整炉管而不是浪费在加热N2上。因此，由于来自给定量燃料的更多有效热，对于给定生产速度，该方法使用更少能量。由于热效率更高，对于相同的合成气生产速率来说，与空气相比，在增氧燃烧的情况中需要使用更少的燃料。
因为使用增氧燃烧可以提高重整炉中的火焰温度，可由重整炉设计领域技术人员来完成用于使用该方法的新型重整炉的重整炉尺寸和设计，以适应通过利用增氧燃烧而产生的更高的火焰温度。
这可与US 6,981,994形成对比，后者的目的是通过提高反应器温度来提高现有系统的合成气总生产能力(即，改进)。在适用于US6,981,994的方法的重整炉中，靠近重整炉的燃烧器端的重整炉管的温度低于重整炉管的其余部分。在US 6,981,994中，增氧燃烧和补充燃料用于提高靠近燃烧器端的重整炉管的温度以提高合成气和/或氢的生产。增多的燃料和氧化剂的使用增加了燃烧产物气体，因此增加了废热量。这具有增加蒸汽发生和蒸汽输出的效果。
所述方法包括在有效地使燃料燃烧形成燃烧产物气体混合物560并产生热量以便为重整反应供应能量的条件下在燃烧段550中用氧来燃烧燃料。
有效地使然燃料燃烧以形成燃烧产物气体混合物的条件包括700℃到2500℃的炉温和0.9-1.1atm的压力。在约26mol％的氧浓度下，CH4的燃点是约700℃。在约70mol％的氧浓度下，CH4的绝热火焰温度为约2650℃。炉温是在火苗(flame envelope)之外的重整炉燃烧段中的炉气温度，并且可通过真空式高温计来测定。合适的条件包括1500℃到2500℃或1700到2300℃的炉温和0.9-1.1atm的压力。优选的重整炉中燃烧条件是本领域已知的。
当燃烧燃料和氧时，产生热，并形成燃烧产物气体混合物560。热转移到多根含催化剂的重整炉管525中，从而为吸热的重整反应供应能量。燃烧产物气体混合物是得自燃料和氧的至少部分燃烧的任何气体混合物，并且包括CO2和H2O。燃烧产物气体混合物可包括H2O、CO2、N2、O2以及通常较少量的CO和未燃烃。由于用于燃烧的氧化剂气体不是纯氧，燃烧产物气体混合物也将包含N2。然而，N2浓度将小于仅使用空气而不使用吹氧或富氧的情况中的N2浓度。
燃烧产物气体混合物也可包含NOx和/或其它污染物质气体。可以使用工业燃烧领域已知的NOx还原技术，例如烟道气的再循环、燃料分级、氧分级、用氨进行催化或非催化还原等。
所述方法包括从重整炉的燃烧段550中抽出燃烧产物气体混合物560。燃烧产物气体混合物可以通入重整炉的对流段520中，在这里热可以从燃烧产物气体混合物中传递到其它物流中，从而提高总过程的效率。
所述方法包括从多根含催化剂的重整炉管525中抽出重整的气体混合物512。所述重整的气体混合物可以从集管中的多根含催化剂的管中收集。重整的气体混合物通常在800℃(1472°F)到950℃(1742°F)下离开含催化剂的重整炉管。
所述方法包括经由含液态水的物流577与由重整气体混合物形成的物流512和由燃烧产物气体混合物形成的物流560中的至少一种之间的间接换热来产生包含蒸汽的中间气体物流555。图1显示了换热器580中含液态水的物流577与重整气体混合物512之间的热交换。换热器580中的蒸汽发生速率可以通过利用旁路(未示出)来改变。尽管在图1中未示出，替代性地或另外地，含液态水的物流与燃烧产物气体混合物560之间的热交换可以在重整炉的对流段520中进行。中间气体物流555包括具有2MPa-12MPa的压力和第二蒸汽质量流量R2的蒸汽。第二蒸汽质量流量R2与第一蒸汽质量流量R1之比是0.9-1.2。第二蒸汽质量流量R2与第一蒸汽质量流量R1之比可以是0.9到1.1。
所述含蒸汽的中间气体物流的压力可为2MPa-5MPa。当产生用于输出的蒸汽时，压力通常需要大于形成混合进料所需的压力。本发明方法的一个优点是低压蒸汽，即，可产生适合在重整炉中使用但可能不适于蒸汽输出的蒸汽。
含蒸汽的中间气体物流是包括90-100质量％的蒸汽或99-100质量％的蒸汽的任何物流，所述物流经由含液态水的物流与由重整的气体混合物形成的物流和由燃烧产物气体混合物形成的物流中的至少一个之间的间接换热来产生。通常，含蒸汽的中间气体物流将是仅含有少量其它组分或杂质的蒸汽。由于这里所使用的不定冠词”a”和“an”当用于权利要求中的任何特征时表示一个或多个(一种或多种)，一股或多股含蒸汽的中间气体物流可以通过一股或多股含液态水的物流和由重整气体混合物或燃烧产物气体形成的一股或多股物流之间的间接换热而产生。第二蒸汽质量流量R2则表示压力各自为2MPa-12MPa或2MPa-5MPa的一股或多故含蒸汽的中间气体物流的合计蒸汽质量流量。
如图1所示，来自液态水的气态蒸汽的分离可以通过辅助以使用任选的蒸汽罐540。
在该方法中，第二蒸汽质量流量R2的90％-100％可通过含液态水的物流与由重整气体混合物形成的物流之间的间接换热而产生。
在该方法中，第二蒸汽质量流量R2的0％-10％可通过含液态水的物流与由燃烧产物气体形成的物流之间的间接换热而产生。
本发明人已经发现，有利的是使用来自重整气体混合物的热来产生第二蒸汽质量流量R2的大部分或全部蒸汽。离开重整炉的燃烧产物气体的温度比离开重整炉的重整气体混合物的温度更高。因此，合意的是经由与燃烧产物气体的间接换热来加热预重整炉进料气体和/或重整炉进料气体混合物。对于预重整炉的情况，合意的是在适合预重整的温度下引入预重整炉进料气体。对于重整炉的情况，合意的是在合适温度下引入重整炉进料气体混合物，以便使重整炉可用作反应器而非换热器。这最好通过与预燃烧产物气体的热交换来实现。本发明人已经发现，在加热预重整炉进料和/或重整炉进料气体混合物之后，在燃烧产物气体中可能没有足够的可用热来产生重整炉所需的蒸汽。重整气体混合物物流512具有足够的可用热以产生蒸汽和预热锅炉进料水。通过经由与重整气体混合物物流的间接换热来产生蒸汽，本发明人已经发现，可以在重整炉的对流段中完全消除蒸汽的发生，从而在对流段中实现对昂贵设备的节省。发明人还已经发现，对于 0.9 ≤ R 2 R 1 ≤ 1.2 , 与通过与燃烧产物气体的间接换热来产生蒸汽相比，通过与重整气体混合物物流的间接换热来产生大部分或所有蒸汽可获得更低的总比能。
在多股物流用于形成中间气体物流的情况中，归因于含液态水的物流与由重整气体混合物形成的物流之间的间接换热的第二蒸汽质量流量R2的百分比可以通过能量平衡来测定。用于产生第二蒸汽质量流量的总能量QT可以通过测定从用于产生所述第二蒸汽质量流量的每股物流中提取的热来得到。所提取的热是组成、质量流量和温度变化的函数。第二蒸汽质量流量的百分比归因于含液态水的物流和含重整气体混合物的物流之间的间接换热，其是从所述含重整气体混合物的物流中提取的热与所提取的总能量之比(表示为百分数)。
蒸汽产生的速率可以与重整炉中的蒸汽消耗速率平衡。可优选将蒸汽产生和消耗统一在生产设备501中，然而没有任何事物能够阻止生产设备与其它附近设备之间蒸汽的至少部分交换。在该方法中，R2可以等于R1，且第二蒸汽质量流量R2的100％可以经由含液态水的物流577和由重整气体混合物形成的物流512之间的间接换热而产生。而且，第二蒸汽质量流量R2的0％可经由含液态水的物流577与含燃烧产物气体的物流560之间的间接换热而产生。
在蒸汽产生和消耗统一在生产设备中的情况下，如图1所示，该方法还可包括用由含蒸汽的中间气体物流的至少一部分形成的物流来补足进料蒸汽物流。在使用来自重整气体混合物的热的方法中产生的蒸汽用于作为进料蒸汽物流503向重整炉500中进料。
该方法还可包括经由中间气体物流555与由重整气体混合物形成的物流的至少一部分或者由重整气体混合物形成的另一物流(未示出)之间的间接换热而使所述中间气体物流过热，从而形成过热的中间气体物流556。本领域技术人员当然可设想除这里明确披露者之外的重整气体混合物能够用于产生蒸汽和使蒸汽过热的其它各种途径。如图1所示，该方法还可包括用由至少一部分过热中间气体物流形成的物流来补足进料蒸汽物流。
除了经由与重整气体混合物的热交换来使中间气体物流过热之外或另外可选地，所述方法还可包括经由中间气体物流与由燃烧产物气体混合物形成的物流的至少一部分或由燃烧产物气体混合物形成的另一物流之间的间接换热来使中间气体物流过热，从而形成过热的中间气体物流。本领域技术人员当然可设想除这里明确披露者之外的重整气体混合物和燃烧产物气体混合物能够用于产生蒸汽和使蒸汽过热的其它各种途径。该方法还可包括用至少一部分过热中间气体物流来补足进料蒸汽物流。
无论是否通过由重整的气体混合物形成的物流或由燃烧产物气体混合物形成的物流来加热中间气体物流，过热的中间气体物流均可以过热40-175℃。过热是将蒸气加热到使该蒸气中不含悬浮液滴。物流过热40℃的意思是实际温度与饱和温度之间的差是40℃。
该方法还可包括将至少一部分由重整气体混合物形成的物流引入到变换反应器中。变换反应器也称为水煤气变换反应器，其操作是本领域公知的。可使用一个或多个变换反应器。变换反应器包括含有催化剂床的容器，CO和H2O从该催化剂床中流过以形成H2和CO2。一个或多个变换反应器可以是高温、中温、低温和/或等温的变换反应器。高温变换反应器可以在大约350℃到450℃操作，通常使用非贵金属的催化剂，例如Fe3O4和Cr2O3的混合物(即，约55wt％Fe和6％Cr)。低温变换反应器可以在大约200℃-260℃操作，可使用非贵金属催化剂，例如Cu-ZnO-Al2O3或Cu-ZnO-Cr2O3。中温变换反应器在与低温变换反应器相同的温度范围操作，并且使用类似的催化剂。低温变换反应器与高温变换反应器组合使用，而中温变换反应器可以在不使用上游高温变换反应器的情况下操作。中温变换催化剂设计为能够经得起穿过所述催化剂床的较高升温。在水煤气变换反应之后剩余一些CO，因此在变换反应器的流出物中存在CO。
重整气体混合物可以在185℃-230℃的温度引入到含氧化铜基催化剂的变换反应器595中。氧化铜基变换催化剂有时称为低温变换催化剂。
至少一部分变换反应器流出物可被通入到变压吸附系统中以产生富氢的产品物流和变压吸附器残气。变压吸附是一种在制氢中用于提纯的公知方法。变压吸附器和方法可包含任何所需数目的吸附床和任何已知的回收产品氢用的工艺循环。为本发明目的的具有合意选择性的任何合适的吸附材料可用于本发明方法的实践中。合适的吸附剂包括，例如，沸石分子筛、活性碳、硅胶、活性氧化铝等。对于从重整气体混合物来分离和提纯氢来说，沸石分子筛吸附剂通常是理想的。
该方法还可包括经由中间气体物流与由重整气体混合物形成的物流512的至少一部分或由重整气体混合物形成的另一物流之间的间接换热而使中间气体物流555过热，从而形成过热的中间气体物流556，使至少一部分过热中间气体物流556通过汽轮机597来发电，从而形成来自过热中间气体物流556的汽轮机流出物557。至少一部分汽轮机流出物557可用于补足进料蒸汽物流503。
通过汽轮机597产生的能量可用于产生氧。汽轮机可以发电，且该电可用于为制氧设备提供动力。来自汽轮机的轴功可与制氧设备结合。例如，压缩器/膨胀器或压缩膨胀器可用于VSA制氧设备。
保留在重整气体混合物和燃烧产物气体中的低温位热可以通过产生压力为130kPa到450kPa的低压蒸汽来回收。来自第二股含液态水的物流的含蒸汽的第二中间气体物流可经由第二股含液态水的物流与由重整气体混合物形成的物流和由燃烧产物气体混合物形成的物流之间的间接换热来产生。
至少一部分所述第二中间气体物流可用于脱气器(如以下实施例所示)。
至少一部分所述中间气体物流可在兰金循环热机(未示出)中用作热源来发电。来自蒸汽的热可用于将兰金循环热机的工作流体汽化。所述工作流体可选自C3-C6烃和水中的溴化锂。兰金循环热机及其操作在发电领域是众所周知的。
参考以下实施例可更好地理解本发明，这些实施例意图是说明而非限制本发明的范围。本发明仅由权利要求定义。
实施例
实施例1
根据实施例1的构造如图2所示。图2是举例说明现有技术型制氢设备的工艺流程图。在该实施例中，重整炉原料1天然气与氢循环物流2混合形成含氢的进料物流3。含氢的进料物流3在换热器311和312中经由与来自变换反应器302的变换反应器排出物流14的间接换热而被加热。变换反应器排出物流14通过变换反应器302中的反应而由来自重整炉100的重整气体混合物12形成。
将加热的含氢进料物流5引入到氢化脱硫单元300除硫，并形成贫硫的重整炉原料6。重整炉原料中的硫被去除以防止重整催化剂中毒。
重整炉进料气体混合物物流10通过下述方法而由进料蒸汽物流203和贫硫重整炉原料6形成：混合，然后与重整炉100的对流段120中的燃烧产物气体间接换热。重整炉进料气体混合物物流10被引入催化蒸汽重整炉100的多个含催化剂的重整炉管101中，在这里烃和蒸汽发生重整反应形成合成气。从多个含催化剂的重整炉管101中抽出作为含氢的重整气体混合物12的合成气。重整的气体混合物还可包含二氧化碳、一氧化碳、水和甲烷。
用于重整反应的热通过在重整炉100的燃烧段110中燃烧燃料和空气来提供。
燃料通过被引入到燃烧段110中的变压吸附器(PSA)残气30来提供。PSA残气也称为PSA排气(purge gas)，并且含H2、CO、CH4和其它气体，因此适合作为燃料。用于燃烧的燃料还通过被引入到燃烧段110中的补充燃料32来提供。补充燃料也称为配平燃料，且在该实施例中是天然气。
将空气作为预热的燃烧空气103引入燃烧段110中。预热的燃烧空气103使用压缩机或鼓风机551以及对流段120中的换热器形成。
将燃烧产物气体混合物130从燃烧段110中抽出，并用于通过间接换热而在对流段120中加热各物流。
在图2的工艺流程图中，蒸汽由多个热源产生。补给水170和来自脱水器323的水171被加热并进料到脱气器410中。已经在脱气器410中预热并脱气的水176被进料到蒸汽罐440中。所述蒸汽罐通常位于高位。来自蒸汽罐的水被导入对流段120中的换热器中，该换热器在水和燃烧产物气体混合物130之间提供间接换热。来自蒸汽罐440的水还被导入换热器301中，该换热器在水和重整气体混合物12之间提供间接换热。使蒸汽和水的二相混合物从对流段120中的换热器和换热气301中的每一个流回到蒸汽罐中。将蒸汽200的饱和物流从蒸汽罐440中抽出，同时将液态水回流到换热器中以形成更多蒸汽。蒸汽200的饱和物流在对流段120中的另一换热器中过热。该过热的蒸汽用于补足进料蒸汽物流203和形成输出蒸汽205。
重整的气体混合物12通过高温变换反应器302以形成变换反应器流出物14。该变换反应器流出物通过多个换热器311、312、314、316、脱水器323并到达变压吸附器330。水作为物流171而去除，且含氢物流17被通入变压吸附器系统330中。变压吸附器系统330将氢与变换重整的气体混合物中的其它组分分离，形成产品氢物流18和PSA残气30。
图2中的工艺流程图所示方法使用商用工艺模拟软件来建模。天然气用作所有实施例中的重整炉原料。
该构造的输入参数和结果概括在表1中。输入参数包括蒸汽与碳之比S/C和对于被引入到燃烧段的氧化剂来说的有效或总的氧对氮摩尔比O2/N2。结果包括用于重整的蒸汽与所产生的总蒸汽之比S/ST，以及归一化的净比能和归一化的总比能。所产生的总蒸汽ST是所产生的压力大于2MPa的全部蒸汽。低等级蒸汽不包含在ST中。
总比能(gross specific energy)GSE如下计算：加入到燃烧段中的补充燃料的高热值HHV燃料(J/Nm3)乘以燃料流量F燃料(Nm3/h)与加入到重整炉中的重整炉原料的高热值HHV进料(J/Nm3)乘以重整原料流量F进料(Nm3/h)之和，且该和除以氢生产率HPR(Nm3/h)，以单位J/Nm3表示；算数表达式为：净比能NSE是被引入到燃烧段中的补充燃料的高热值HHV燃料(J/Nm3)乘以燃料流量F燃料(Nm3/h)加上被引入到重整炉中的重整炉原料的高热值HHV进料(J/Nm3)乘以重整原料流量F进料(Nm3/h)，减去输出蒸汽与25℃的水之间的焓差ΔH(J/kg)乘以输出蒸汽的质量流量F蒸汽(kg/h)，然后将由上所得的数值除以氢的生产率HPR(Nm3/h)，以单位J/Nm3表示；算数表达式为：
Figure A20091012895000231
总比能总是大于或等于净比能，因为不需要为输出蒸汽提供效用。当不输出蒸汽时，总比能与净比能相等。
表1中的所有比能结果均相对于实施例1中的净比能而归一化。
如表1所示，根据模拟结果，系统中产生的约53％蒸汽均被循环回到重整炉中的混合进料中。归一化的总比能比标准净比能高约16％。没有输出蒸汽，比能增加约16％。
实施例2
根据实施例2的结构如图3所示。图3是举例说明现有技术型制氢设备的工艺流程图，所述现有技术型制氢设备包括预重整炉。除绝热预重整炉105和一些换热器之外，根据实施例2的构造与图2中根据实施例1的构造相同。当在图2和图3中存在类似组件时，使用类似的附图标记。
区别在于重整炉进料气体混合物物流10通过下述方式而由进料蒸汽物流203和贫硫重整炉原料6形成：混合，然后与重整炉100的对流段120中的燃烧产物气体间接换热，在预重整炉105中预重整，并在对流段120中再次加热。或者，为实施例1所提供的构造的说明可在加以必要的变更之后适用于实施例2。
根据实施例2的过程使用商用工艺模拟程序软件来建模。
该构造的输入参数和结果概括在表1中。
如表1所示，根据模拟结果，系统中产生的约67％蒸汽均被循环回到重整炉中的混合进料中。这些结果显示，在所述过程中产生的更大百分数的蒸汽通过重整炉中的过程使用。换句话说，当使用预重整炉时，输出更少的蒸汽。
与实施例1的净比能相比，归一化的净比能减少了约0.3％。这表示实施例2中的构造稍微优于实施例1中的构造，因为需要更少能量来产生指定量的氢。实施例2的总比能比实施例1的净比能大7％。当不需要输出蒸汽时，比能相对于实施例1的净比能增加了约7％。这相对于实施例1的总比能来说是一项显著的进步。
实施例3
根据实施例3的构造如图4所示。图4是现有技术型制氢设备的工艺流程图，所述现有技术型制氢设备包括预重整炉。在该构造中，使用中温变换反应器303来替代高温变换反应器。因此改良了一些热回收。此外，实施例3的构造非常类似于实施例2的构造。当在图2、3和4存在类似组件时，使用类似的附图标记。
为实施例1和2提供的构造说明可在加以必要的变更之后适用于实施例3的构造。根据所述工艺流程图，区别对本领域技术人员来说将是显而易见的。
根据实施例3的过程使用商用工艺模拟程序软件来建模。
该构造的输入参数和结果概括在表1中。
如表1所示，根据模拟结果，系统中产生的约64％蒸汽均被循环回到重整炉中的混合进料中。这些结果显示，与实施例1相比，过程中产生的更大百分数的蒸汽被重整炉中的过程所使用，但蒸汽比实施例2中的稍微少一些。
与实施例1的净比能相比，归一化的净比能减少了约1.5％。这表示通过使用如实施例3所述的中温变换反应器而不是如实施例1中构造的高温变换反应器，需要更少能量来产生指定量的氢。实施例3的总比能比实施例1的净比能大8％。当不需要输出蒸汽时，比能相对于实施例1的净比能增加了约8％。这相对于实施例1的总比能来说是一项显著的进步。
实施例4
根据实施例4的构造如图5所示。图5是现有技术型制氢设备的工艺流程图，其包括预重整炉和对流热交换重整炉107。对流热交换重整炉如美国专利No.5,264,202所述。如该实施例所示，对流热交换重整炉可用于减少或消除蒸汽输出。然而，问题在于对流热交换重整炉需要较大的资本投资和/或难以改进现有的生产设备。
根据实施例4的构造类似于图3中的根据实施例2的构造。当在图3和图5存在类似组件时，使用类似的附图标记。
区别在于来自预重整炉105的流出物被分成重整炉进料气体混合物物流10和对流热交换重整炉进料物流11。对流热交换重整炉进料物流11被引入对流热交换重整炉107中的重整炉管中。包含重整的气体混合物12的物流被引入对流热交换重整炉107中，以提供用于重整进料物流11的热。由重整的气体混合物12形成的排出流13和由重整进料物流11形成的混合物被从对流热交换重整炉107中抽出。排出物流13通过锅炉301、高温变换反应器302和变换反应器302下游的多个其它换热器。
另外，为实施例1提供的构造描述在加以必要的变更之后可适用于实施例4的构造。
该构造的输入参数和结果概括在表1中。
根据实施例4的过程使用商用工艺模拟程序软件来建模。
如表1所示，根据模拟结果，系统中产生的所有蒸汽均被循环回到重整炉中的混合进料中。没有蒸汽输出。
与实施例1的净比能相比，归一化的净比能提高了约2.3％。这表示实施例4中的构造稍微劣于实施例1中的构造，因为需要更多能量来产生指定量的氢。然而，如果不能给出输出蒸汽的效用，则实施例4的构造看起来更有吸引力，因为与实施例1的16％相比，差别仅为2.3％。实施例4的总比能为2.3％，大于实施例1的净比能，同时实施例1的总比能是16％，大于实施例1的净比能。
实施例5
根据实施例5的构造如图6所示。图6是举例说明本发明的制氢设备的工艺流程图。
在该实施例中，重整炉原料1，天然气与氢循环物流2混合形成含氢的进料物流3。含氢的进料物流3在换热器311和312中经由与来自变换反应器502的变换反应器排出流514的间接换热而被加热。变换反应器排出流514通过变换反应器502中的反应而由来自重整炉500的重整的气体混合物512形成。
将加热的含氢进料物流5引入到氢化脱硫单元300除硫，并形成贫硫的重整炉原料6。重整炉原料中的硫被去除以防止重整催化剂中毒。
重整炉进料气体混合物物流510通过下述方法而由进料蒸汽物流503和贫硫的重整炉原料6形成：混合，然后与重整炉500的对流段520中的燃烧产物气体间接换热，并且在对流段520中重新加热。重整炉进料气体混合物物流510被引入催化蒸汽重整炉500的多个含催化剂的重整炉管525中，在这里烃和蒸汽发生重整反应形成合成气。从多根含催化剂的重整炉管525中抽出作为含H2的重整的气体混合物512的合成气。所述重整的气体混合物还可包含CO、CO2、CH4和H2O。
用于重整反应的热通过在重整炉500的燃烧段550中燃烧燃料和空气来提供。
燃料通过变压吸附器(PSA)残气530来提供，其在对流段520中通过间接换热来加热，然后被引入到燃烧段550中。用于燃烧的燃料还通过被引入到燃烧段550中的补充燃料32来提供，且在该实施例中补充燃料是天然气。
预热的富氧空气570被引入到燃烧段550中。预热的富氧空气570通过将工业气体级氧物流565与压缩的空气物流141混合然后在对流段520中加热来形成。在该实施例中，O2/N2摩尔比为0.67，这相当于约40mol％氧的氧浓度。O2/N2摩尔比可以变化以实现用于重整的蒸汽与所产生的总蒸汽的合意摩尔比S/ST。
将燃烧产物气体混合物560从燃烧段550中抽出，并用于通过间接换热而在对流段520中加热各种物流。
在图6中的工艺流程图中，蒸汽通过水与由重整的气体混合物512形成的物流之间的间接换热而产生。补给水170和来自脱水器323的水171被加热并进料到脱气器410中。已经预热和脱气的水576被进料到蒸汽罐540中。所述蒸汽罐通常处于高位。来自蒸汽罐540的水被导入换热器580，该换热器在水与重整的气体混合物512之间提供间接换热。蒸汽与水的二相混合物从换热器580流回到蒸汽罐540中。从蒸汽罐540中抽出蒸汽555的饱和物流，同时将液态水再循环到换热器中以形成更多蒸汽。蒸汽555的饱和物流在另一个换热器590中过热，该换热器在饱和蒸汽与包含重整的气体混合物的物流之间提供间接换热。过热蒸汽在该实施例中用于补足进料蒸汽物流503而不形成输出蒸汽。
重整的气体混合物512通过换热器311和314，然后通过中温变换反应器502以形成变换反应器流出物514。变换反应器流出物通过多个换热器312、316、321、低压锅炉318、脱水器323并到达变压吸附器330。水作为物流171而去除，且含氢物流17被通入变压吸附器系统330中。变压吸附器系统330将氢与变换重整的气体混合物中的其它组分分离，形成产品氢物流599和PSA残气530。
由于这种低压物流的压力不具有2-12MPa的压力，该蒸汽不计入R2或ST。
图6的工艺流程图中所示方法不包括在换热器319中产生蒸汽，其使用商用工艺模拟程序软件来建模。
该模型的输入参数和结果概括在表1中。输入参数包括蒸汽与碳之比S/C和对于被引入到燃烧段的氧化剂来说的有效或总的氧对氮摩尔比O2/N2。结果包括用于重整的蒸汽与所产生的总蒸汽之比S/ST以及净比能和总比能。
如表1所示，根据模拟结果，系统中产生的所有蒸汽均被循环回到重整炉中的重整炉进料气体混合物中。在该实施例中没有蒸汽输出。
与实施例1的净比能相比，归一化的净比能减少了约2.5％。即使当给定输出蒸汽的效用时，比能消耗也小于实施例1中的比能消耗。
由于根据实施例5的方法没有产生输出蒸汽，总比能和净比能是相同的。结果显示实施例5中方法的总比能低于实施例1-3的总比能。这对于不需要或几乎不需要输出蒸汽的情况是重要的。
尽管已经将本发明描述为具体实施方式或实施例，本发明并不受它们的限制，而是可以在不脱离所附权利要求中定义的发明范围的情况下变化或修改为多种其它形式中的任何一种。
表1
Figure A20091012895000271
Figure A20091012895000281

Claims (22)

1.在生产设备中制氢的方法，其包括：
由进料蒸汽物流和含烃的重整炉原料物流形成重整炉进料气体混合物物流，其中所述进料蒸汽物流具有第一蒸汽质量流量R1；
将所述重整炉进料气体混合物物流引入催化蒸汽重整炉的多个含催化剂的重整炉管中，并在有效形成含氢的重整的气体混合物的反应条件下在重整反应中使烃与蒸汽反应；
将燃料引入重整炉的燃烧段中；
将氧和氮引入重整炉的燃烧段中，其中O2/N2摩尔比为0.35到2.3；
在有效地使燃料燃烧以形成燃烧产物气体混合物并产生热量以便为重整反应供应能量的条件下在燃烧段中用氧来燃烧燃料；
从重整炉的燃烧段抽出燃烧产物气体混合物；
从多个含催化剂的重整炉管中抽出重整的气体混合物；和
经由含液态水的物流与由重整的气体混合物形成的物流和由燃烧产物气体混合物形成的物流中的至少一种之间的间接换热，从含液态水的物流产生包含蒸汽的中间气体物流，所述中间气体物流包含压力为2MPa到12MPa的蒸汽，并且具有第二蒸汽质量流量R2，其中 0.9 ≤ R 2 R 1 ≤ 1.2 .
2.如权利要求1所述的方法，其中 0.9 ≤ R 2 R 1 ≤ 1.1 .
3.如权利要求1所述的方法，其中所述第二蒸汽质量流量R2的90％-100％是通过含液态水的物流和由重整的气体混合物形成的物流之间的间接换热而产生的。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述第二蒸汽质量流量R2的0％-10％是通过含液态水的物流和由燃烧产物气体混合物形成的物流之间的间接换热而产生的。
5.如权利要求1所述的方法，其中R2＝R1，且其中所述第二蒸汽质量流量R2的100％是经由含液态水的物流和含重整的气体混合物的物流之间的间接换热而产生的，且其中所述第二蒸汽质量流量R2的0％是经由含液态水的物流和含燃烧产物气体的物流之间的间接换热而产生的。
6.如权利要求1所述的方法，还包括：
用由含蒸汽的中间气体物流的至少一部分形成的物流来补足进料蒸汽物流。
7.如权利要求1所述的方法，其中所述燃料的氢浓度为0-40mol％。
8.如权利要求1所述的方法，其中所述氧和氮以富氧的氧化剂混合物的形式而共同引入。
9.如权利要求1所述的方法，其中被引入到所述燃烧段中的氧的第一部分以氧浓度为20mol％-26mol％的第一氧化剂混合物的形式来引入，且被引入到所述燃烧段中的所述氧的第二部分以氧浓度为26mol％-100mol％的第二氧化剂混合物的形式来引入。
10.如权利要求1所述的方法，还包括：
经由所述中间气体物流与由重整的气体混合物形成的物流的至少一部分或者由重整的气体混合物形成的另一物流之间的间接换热而使所述中间气体物流的至少一部分过热，从而形成过热的中间气体物流；和
用由至少一部分过热的中间气体物流形成的物流来补足所述进料蒸汽物流。
11.如权利要求10所述的方法，其中所述过热的中间气体物流过热40℃到175℃。
12.如权利要求1所述的方法，还包括：
经由所述中间气体物流与由燃烧产物气体混合物形成的物流的至少一部分或者由燃烧产物气体混合物形成的另一物流之间的间接换热而使所述中间气体物流的至少一部分过热，从而形成过热的中间气体物流；和
用至少一部分过热的中间气体物流来补足所述进料蒸汽物流。
13.如权利要求12所述的方法，其中所述过热的中间气体物流过热40℃到175℃。
14.如权利要求1所述的方法，其中所述含蒸汽的中间气体物流的压力为2MPa-5MPa。
15.如权利要求1所述的方法，还包括：
将温度为185℃到230℃的由重整的气体混合物形成的物流的至少一部分引入到含有氧化铜基催化剂的变换反应器中。
16.如权利要求1所述的方法，还包括：
经由所述中间气体物流与由重整的气体混合物形成的物流的至少一部分或者由重整气体混合物形成的另一物流之间的间接换热而使所述中间气体物流过热，从而形成过热的中间气体物流；
使至少一部分所述过热的中间气体物流通过汽轮机以发电，并从而形成来自过热的中间气体物流的汽轮机流出物；和
用至少一部分汽轮机流出物来补足所述进料蒸汽物流。
17.如权利要求16所述的方法，还包括：
使用通过所述汽轮机产生的电力来产生氧。
18.如权利要求1所述的方法，还包括：
经由所述中间气体物流与由重整的气体混合物形成的物流的至少一部分或者由重整的气体混合物形成的另一物流之间的间接换热而使所述中间气体物流过热，从而形成过热的中间气体物流；
使至少一部分所述过热的中间气体物流通过汽轮机以产生轴功，并从而形成来自过热的中间气体物流的汽轮机流出物；和
用至少一部分汽轮机流出物来补足所述进料蒸汽物流。
19.如权利要求18所述的方法，还包括：
使用所述轴功来产生氧。
20.如权利要求1所述的方法，还包括：
通过第二股含有液态水的物流与由重整的气体混合物形成的物流、由重整的气体混合物形成的另一物流、由燃烧产物气体混合物形成的物流和由燃烧产物气体混合物形成的另一物流中的至少一种之间的间接换热，从所述第二股含有液态水的物流中产生包含蒸汽的第二中间气体物流，所述第二中间气体物流包括压力为130kPa-450kPa的蒸汽；和
在兰金循环热机中使用所述第二中间气体物流作为热源来发电，其中所述兰金循环热机具有工作流体。
21.如权利要求20所述的方法，其中所述工作流体选自丙烷、丁烷、戊烷、乙烯、丙烯、水中的溴化锂及其混合物。
22.如权利要求1所述的方法，其中所述氧和氮以0.6到0.8的O2/N2摩尔比被引入到所述重整炉的燃烧段中。
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