CN104236145B - 用于利用制氢设备的未用热来为城市供热系统供给绿色热的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于利用制氢设备的未用热来为城市供热系统供给绿色热的方法。通常，合成气体在转化为蒸汽并向工艺的流体传热之后处于不超过160℃的温度TG下；所产生的烟气在热交换之后处于不超过170℃的温度TF下；该方法还产生处于高于200℃的温度TV下的未用输出蒸汽，以通过与合成气体和烟气进行热交换来利用脱矿质水供给外部蒸汽系统。根据本发明的方法使用可在上述流体中获得的热借助在闭环中循环的处于可变温度下的传热流体——一般是水——来加热位于附近的集中水加热系统中的水；环路中的水通过与合成气体和烟气进行间接热交换而被加热；附加热根据需求从输出蒸汽供给。本发明还涉及一种用于实施该方法的设备。

Description

用于利用制氢设备的未用热来为城市供热系统供给绿色热的 方法
技术领域
本发明涉及一种用于从制氢设备回收未用热以给城市供热系统供给绿色热的方法。
更具体地，本发明涉及一种用于利用可在25℃与170℃之间的温度下获得并来自用于通过轻质烃蒸汽重整来制氢的PH2工艺的热来促进集中水加热系统的水的加热的方法，其中所述PH2工艺通过烃蒸汽重整产生温度很高的合成气体，同时产生烟气，接着通过热交换第一次冷却合成气体，然后转化合成气体中包含的CO并通过热交换进行第二次冷却；所述PH2工艺在重整期间产生的烟气在与工艺中使用的各种流体进行相继热交换期间被冷却，并且通过与合成气体并可选地与烟气进行热交换来从脱矿质水产生否则未使用的蒸汽以供给外部蒸汽系统。
背景技术
蒸汽甲烷重整(SMR)技术在工业上通常用于制氢。合成气体的获得构成用于最终制氢的第一主要步骤；其组分可因条件而异，但它将始终主要包括氢和一氧化碳的混合物，以及比例较小的二氧化碳、尚未反应的甲烷、过剩蒸汽和各种处于微量状态的占极少数的化合物。
在制氢的情形中，通过蒸汽重整产生的合成气体在至少一个所谓的变换反应器中处理，其中在重整期间产生的一氧化碳(CO)在蒸汽的作用下并在存在适合的催化剂的情况下主要转化为二氧化碳和补充氢。
高吸热性重整反应在高温(从550℃至950℃)下发生。重整反应所需的热通过在燃烧区中使用空气燃烧燃料气体——主要是给料天然气和来自工艺的残留气体(一般为PSA残留气体)——从而产生烟气来供给。重整后的合成气体处于高温(800℃至950℃)下。该高温合成气体中以及烟气中的热的一部分被用于加热锅炉水以至少产生重整反应所需的蒸汽，并且可输出过剩蒸汽。
从重整装置产生的合成气体因此经历第一次冷却——所回收的热被用于生产蒸汽——且然后输送到由一个或多个反应器组成且还称为WGS(water gas shift(水气变换)的缩写)模块或反应器的变换模块，以通过在存在蒸汽的情况下将CO转化为CO2来产生另外的氢。以H2和CO2增浓(且耗尽CO)的合成气在PSA H2单元中通过变压吸附处理以制氢。
当前的制氢单元的第二方面在于它们具有促进所述单元的热流体中可获得的热用于产生蒸汽、预热反应剂或预热空气的先进的能量整合。
从重整装置产生的合成气体被冷却到使它能够进入变换反应器的温度，且离开变换反应器的合成气体再次被冷却；应该指出的是，当变换模块包括后接低温反应器的高温反应器时，第二次冷却在两次变换反应之间进行。在该第二次冷却之后，合成气体呈两相流体的形式，温度在90℃至160℃左右且压力在18bar至40bar左右。第二次冷却带来的冷凝物——主要为水，但也有溶解的气体——能被回收并重复利用以通过回收来自工艺的热来产生蒸汽。这样产生的蒸汽——称为工艺蒸汽——的全部或一部分与意欲在重整装置中产生合成气体的负载混合。
来自重整的燃烧气体构成可现场获得的另一种热流体。在从燃烧室产生时，它们的温度介于900℃与1200℃之间，且它们随后在与工艺(加氢脱硫、预重整、重整等)中使用以及用于产生蒸汽的各种流进行相继热交换期间在对流区中冷却。可在约170℃以上的温度下获得的热因此在设备中被就地重复使用，也就是说用于产生蒸汽——用于工艺以及在需要的情况下用于产生输出蒸汽——或用于预热反应剂，包括燃烧空气的预热。
然而，可在较低温度(低于170℃)下获得的能量通常保持未使用。它主要是可在上述流体中获得的能量：(1)从变换模块产生的合成气体和(2)离开燃烧空气预热器的烟气，其被引导到烟道。
视设备而定，这些流体中仍可获得的能量的量为约2至20MWth，对应于10,000Nm3/h H2至100,000Nm3/h H2的产量单位。目前，该能量被排出——且因此一般由于以下方案中的一个或多个方案而损失：
-烟气的直接排放(在120℃至170℃的温度下)，
-在冷却塔中与环境空气进行热交换，和/或
-与本身将被直接输送到自然环境(考虑了温度约束)或者将在冷却塔中由环境空气冷却的冷却水进行热交换。
同时，在全世界，城市供热系统集中生产和分配用于居民的热的城市普遍在寻求“绿色热”——绿色热是指碳排放量比由天然气产生的热小的热——以服从地方和国家在应对气候变暖方面的约定。
城市供热系统迅速发展且通常朝可再生燃料转移(主要为木材和废料)以实现它们的目标。然而，尽管使用其作为燃料提供了非常有竞争力的非固定能量成本(OPEX)(介于€20与€30MWh之间)，但它需要高投资成本(CAPEX)(每MW安装功率约€1M的CAPEX)且与气体锅炉相比产生高氮氧化物(NOx)和灰尘排放，即使逐步实施市场上可获得的最佳烟气处理技术。
因此，尽管木材(或更一般地生物质)的使用适合解决使用可再生能源替代化石碳的问题，但存在它依然不能很好地解决整体污染问题的事实。
此外，由于与城市体系的使用有关的另一主要当务之急在于，在对能量成本的控制中，为了降低它们受燃气和油的价格变化的影响，掌管这些城市体系的地方当局寻求热资源的多样化。
因此存在以下状况：
-始终需要改善以替代能量或仅补充能量的形式向城市体系供热；该方案必须在经济上有利且无污染，
-制氢设备具有“未用热”的来源，所述未用热一般无法在设备回收且设备的运营者没有动力在设备的外部回收该热。
鉴于上述情况，本身存在两个问题：
-如何使用在制氢设备中在其它方面未使用的热，
-找到用于城市型热水系统的可靠补充热源。
本发明的一个目的是为城市供热系统的运营者提供一种用于取得替换和/或补充可用的热源的热的方案。
本发明的第二目的是为制氢设备的运营者提供用于改善来自该设备的未用热的回收的方案，该方案的前提是所述设备位于使用热水系统的城区附近。
发明内容
本发明的方案包括捕获制氢设备中的未使用能量以将其传递到附近的热水系统。基于该目的，本发明的方法使用传送热的传热流体、有利地加压的热水的中间环路，从而实现工业制氢设备与位于该设备附近的热水系统的热整合。
所需投资——特别是用于输送热水的管道的成本——与专用燃气锅炉的投资相比必须有竞争力；制氢设备与城市体系/系统之间的最大距离可因此估计为10km，且优选H2设备与所述体系之间的距离将在5km或以下。
制氢设备与位于该设备附近的一个或多个城市供热系统之间的这种传热还具有以下优点；其使用是：
-安全的(对制造商或用户来说无风险)，
-可靠的(可连续获得的能量100％用于城市体系)，
-高效的(传递能量与可获得的能量的高比率)，
-灵活的(能处理热需求的季节性)，
-廉价的(不以油为指标且仅部分地以天然气的价格为指标)。
终端用户因此可获得绿色、灵活且因此有利地替代现有的化石能源的热。
本发明因此涉及一种用于利用来自通过轻质烃的蒸汽重整进行的PH2制氢工艺的可在低于170℃的温度下获得的热以促进集中水加热系统的水的加热的方法P，其中：
-PH2工艺至少包括以下步骤：
h1)通过蒸汽重整在同时产生烟气的情况下生产合成气体，接着通过热交换来至少第一次冷却该合成气体，然后转化合成气体中包含的CO，然后通过热交换来第二次冷却到不超过160℃的温度TG，
h2)通过与工艺中使用的各种流体进行相继热交换将产生的烟气冷却到不超过170℃的温度TF，
h3)通过与合成气体且可选地与烟气进行热交换利用脱矿质水来产生用于输出以供给外部蒸汽系统的、处于200℃以上的温度TV下的未用蒸汽。
-热使用方法P的特征在于其至少包括以下步骤：
a)可以获得这样的集中水加热系统：其中水在处于至少50℃的Tt(温水级别)与不超过180℃的Tc(热水级别)之间的可变温度下循环，
b)可以获得在闭环中循环的处于大于Tt的Tmin与大于Tc的Tmax之间的可变温度下的传热流体，
c)通过与在步骤h1)期间第二次冷却到温度TG之后的合成气体进行间接热交换来加热全部或一部分传热流体，
d)通过与从通过步骤h3)产生的输出未用蒸汽取得的蒸汽进行热交换来将全部或一部分传热流体加热到温度TV以供给处于约Tmax的温度下的传热流体，
e)通过经由子站交换器与集中水加热系统中处于温度Tt的水进行间接热交换来将热量从处于温度Tmax下的传热流体传递到集中水加热系统，以将所述系统中的水加热到温度Tc。
温度Tc是固定的，根据系统的设计及其要求，它是由城市体系的用户指定的设定值。温度Tmax由工艺调节和控制以确保Tc达到要求水平。在步骤d)使用的蒸汽的通过量被调节和控制成供给将Tmax维持在要求水平所需的热。
本发明因此使得能从制氢设备捕获未使用的能量——通常由于它对于非民用用途而言不足且因此设备不使用而损失——以将其传递到需要处于该温度范围内的热源的城市热水系统，从而实现工业制氢设备与位于该设备附近(即，10公里以下，优选5公里以下)的城市热水系统之间的热整合。
制氢设备与位于附近的城市供热系统之间的这种传热如上所述具有安全、可靠、高效、灵活和成本适度的优点。
根据本发明的其它有利特征，本发明可具有以下变型中的至少一个变型：
-所述方法包括通过与处于温度TF下的烟气进行间接热交换来加热至少一部分传热流体的步骤，
-该热水系统是城市加热系统，子站交换器将来自闭环的热传递到城市体系中的水或该城市体系的子组件中的水，
-在PH2制氢工艺停止的情况下，在步骤(d)期间使用的蒸汽来自与设备的蒸汽生产回路连接的外部蒸汽系统，
-优选的传热流体是水，
-合成气在从变换模块排出时的冷却部分借助冷却塔且部分借助安装在冷却塔的上游或与冷却塔并列安装并根据步骤c提供传热流体的加热的水式交换器提供，
-步骤c)利用在压力大于6bar且优选大于10bar的加压水的作用下操作的水交换器，
-在闭环中循环的传热流体的压力大于合成气体压力(在步骤c)的热交换器的入口处测量)。
根据本发明的第二方面，本发明涉及一种设备，该设备使用可从用于通过轻质烃的蒸汽重整来制氢的设备获得热以促进集中水加热系统中的水的加热，其中：
-该制氢设备至少包括：
·用于通过蒸汽重整在同时产生烟气的情况下生成合成气体的模块，和
·用于通过热交换来冷却合成气体的模块，
·用于转化合成气体中包含的CO的模块，
·用于通过热交换冷却到不超过160℃的温度TG的第二模块，
·用于通过与工艺中使用的各种流体进行相继热交换来将烟气冷却到不超过170℃的温度TF的热交换器，
·用于产生供给外部蒸汽系统的输出蒸汽的脱矿质水的源，
·能够与合成气体和烟气进行热交换以产生处于大于200℃的温度TV下的蒸汽的热交换器，
-所述用于热利用的设备至少包括：
·集中水加热系统，其中一定量的水在处于至少等于50℃的Tt(温水级别)与不大于180℃的Tc(热水级别)之间的可变温度下循环，
·闭环，其中传热流体在处于大于Tt的Tmin与大于Tc的Tmax之间的可变温度下循环，
·热交换器，其用于通过与处于温度TG下的合成气体进行间接热交换来加热全部或一部分热交换流体，
·热交换器，其用于通过与从输出蒸汽取得的蒸汽进行间接热交换来加热全部或一部分热交换流体以供应处于温度Tmax下的传热流体，
·子站，其配备有用于通过与处于温度Tmax下的传热流体进行间接热交换来将集中水加热系统中的水加热到温度Tc的间接热交换器。
根据本发明的其它有利特征，该设备可具有以下变型中的至少一个变型：
-该设备还包括用于通过与处于温度TF下的烟气进行间接热交换来加热传热流体的至少一部分的热交换器；
-该集中水加热系统是城市供热系统，其中子站交换器将热从闭环传递到城市系统或该系统的子组件中的水；
-该设备配备有适于在制氢设备停止的情况下在步骤(d)供给来自与制氢设备的蒸汽生产回路连接的蒸汽系统的蒸汽的管道和装置；
-在闭环中循环的传热流体是水；
-该设备为了冷却从变换模块排出的合成气体而配备有冷却塔和安装在冷却塔的上游或与冷却塔并列安装并提供传热流体的加热的水交换器。
附图说明
本发明的其它特征和优点将通过阅读以下参考唯一的附图给出的对非限制性示例性实施例的详细说明的阅读而显现。
具体实施方式
唯一的附图呈现了适合借助安装在H2生产设备与城市供热系统之间的热水循环环路向城市供热系统供给在制氢期间产生的未用热、从而向城市体系供给绿色热的制氢设备的一个示例。
图中的图表仅再现了一部分构成制氢设备的元件，仅再现了对理解本发明有用的元件；特别是未示出与本发明无关的一些热交换器。为了有利于对附图的理解，本领域的技术人员公知且会不必要地使附图复杂的某些压缩机、阀以及连接和控制元件也未示出。
根据如附图再现的本发明的方法，合成气体1在高温下并在压力下离开重整装置，其在2中借助蒸汽冷却，这样冷却的合成气体3进入高温变换反应器(HT)4，变换后的气体5在6、然后在7再次冷却，两次冷却6和7构成根据本发明的第二次冷却；还应指出的是，根据该示例，冷却后的合成气体在此在低温变换反应器(LT)8中再次变换；离开变换模块的合成气体9处于约145℃的温度TG下。合成气体9中仍存在的热因此构成制氢设备的未用热的第一部分——较大的部分。
通常，合成气体然后通过经过冷却塔10而降温，从而能获得处于约80℃至85℃的温度下的合成气体11。合成气体包含在12处与干合成气体13分离的冷凝物(也就是说去除了合成气体所包含的液态水)。干合成气体13在14使用未经处理的冷却水(约20℃)进行最后一次冷却，因此获得在15分离的新的冷凝物，并且新的干合成气体16(25℃，约18bar至30bar)然后输送到PSA H2单元17以产生氢18。在分离器12和15回收的冷凝物与在14被加热的冷却水集中在一起并排出。
在重整装置的炉内燃烧期间产生的烟气20在若干未示出的热交换器之后经由对流区21排出；烟气20经过热交换器22，在此它们向至少部分来自脱矿质水31的外部来源并将用于供给与制氢设备相关的蒸汽生产回路30的脱气水供热。通过经过第一热交换器22而部分冷却的烟气接下来进入交换器23，在此它们预热燃烧空气。在从空气预热器23排出时，烟气处于约150℃至170℃的温度TF下。它们代表制氢设备的未用热的第二来源。
如上所述的制氢设备的一部分遵守已知的常规体制。
根据本发明，附图中的设备包括如下所述的附加元件；这些附加元件——特别是与本发明有关——与已经描述的元件相结合地提供本发明的方法的实施。其本质上是输送作为传热流体的加压水的闭环路，该传热流体在H2生产工艺中被加热并使用城市水回路中较冷的水在间接热交换器——称为子站交换器——中被冷却。
更具体地，增加了热水环路40(附图中用粗线示出)，其中加压水45在闭环中循环，循环水的第一部分45a——较大的部分——在与冷却塔10并联安装的合成气交换器41处从变换8之后的合成气体9回收制氢单元的未用热的一部分。根据其它变型，交换器和致冷剂可以是串联的。制氢单元的未用热的第二部分在对流区中的交换器42处从烟气被回收。从制氢单元的未用热回收的这两个热源形成对相关的城市回路50贡献绿色热的基础。为了向系统提供有利的灵活性，对热水环路40增加第三交换器44。交换器44在从该单元输出的未用蒸汽的一部分34吸收蒸汽回路30中的一部分可用的热。该交换器44将温度Tmax调节到所需水平。下面描述蒸汽回路30的作用。
热水环路还包括管道45c(附图中的虚线)，管道45c在设备停止产生未使用蒸汽的情况下使交换器41和42短路，并经由热交换器44提供热交换器43中的传入环路中的水的全部加热；这种情况下，外部蒸汽系统向交换器供给加热蒸汽。
从设备——或者在通过设备供热发生故障的情况下从外部蒸汽回路——吸收的热在位于城市体系50的子站51处的交换器43传递到相关的城市热水回路50。该子站51通过将加热后的水从子站输送到城市体系并将要加热的水从城市体系输送到子站的交换器43的管道与城市体系50连接。
与制氢单元相关的蒸汽生产回路30以如下方式工作：加压脱气水31(约45bar)被预热——在32对其部分31a和经由交换器22通过烟气对其部分31b——且然后供给锅炉接收装置33。锅炉接收装置33与蒸汽发生器2保持平衡。接收装置33的蒸汽相构成随后在6过热至300℃的温度的饱和蒸汽。它在制氢设备中被部分地(未示出)使用并以未用蒸汽34的形式部分地输出。蒸汽的一部分34a(可在45bar、300℃下获得)在输出之前从未用蒸汽取得并经过交换器44，在此它将其热量传递到环路40中的水。供给交换器44的部分34a根据未用热的两个来源(烟气和合成气体)的可用性而被调节以满足系统的需求。
蒸汽34a在由热水回路中的水于44被冷却之后冷凝。它被输送到蒸汽生产回路30——要么输送到供应供给脱气水31的脱气器(未示出)的水中，要么在泵送之后直接输送到供应接收装置33的脱气水中。
以下呈现如附图所示的设备的实施方案的一个示例：
-该设备能够生产高达14,000Nm3/h的氢；它在这种情况下可获得至少2MW可从合成气体回收的未用热和0.5MW可从烟气回收的热——根据氢的实际产量是可变的。它还可获得高达6MW可在45bar下的蒸汽中获得的附加热，
-子站51能够产生8MW热，
-城市体系使水在处于70℃与160℃之间的可变温度下循环，
-传热流体的闭环包含在从子站排出时温度为约75℃且在进入子站时温度为165℃的水，
-从重整装置产生的合成气体处于20bar与30bar之间的压力和约850℃的温度下；它通过与脱气水32进行热交换而被冷却，然后在2处冷却到350℃的温度以进入HT变换反应器4，然后在离开反应器4后它在6处、然后在7处被冷却到约145℃的温度，然后进入低温变换反应器8，合成气体9然后处于约140℃与160℃之间的温度下；合成气体中包含的未用热经由交换器41传递到热水环路40中的水，此时合成气11呈处于75℃与85℃之间的温度和18bar至30bar的压力下的两相流体的形式，
-在环路40中循环的水45具有高于城市体系的最低温度的最低温度——在通过经过交换器43并向城市体系50中的水传热而冷却之后观察；环路40中的水的该最低温度为约75℃至80℃；环路中的水然后以以下方式被加热：水的一部分45a——也就是说在环路中循环的水的约75％——经过交换器41，在此它被加热到约130℃的温度，水的一部分45b——约20％——被输送到交换器42中，在此它被烟气加热到约140℃至150℃的温度，其余部分45c——也就是说在环路中循环的水的约5％——为了满足紧急和/或调节需求而被直接输送到交换器44；交换器44还提供部分45a和45b的补充加热，三个部分45a、45b和45c基于该目的被集中在一起并通过在45bar、300℃下获得的蒸汽34a在交换器44执行补充加热，从而将环路45中的水的温度提高到165℃。经由所有交换器41、42、44，闭环因此具有4至8MW可用于经由子站51传递到城市供热系统的热。
为了能够使用未用输出蒸汽34不仅作为附加加热，而且在设备发生故障的情况下作为替代加热，交换器44定制尺寸成使得，在制氢停止的情况下，环路中的水的加热可单独由蒸汽提供，所述蒸汽在短时间停止的情况下来自设备本身，或者在长时间停止的情况下从现场的蒸汽系统(来自相邻的设备)引进。因此，保证了城市体系这种绿色热供给的可靠性。
此外，为了保证在交换器41泄漏的情况下合成气体——对系统来说有害——将无法经由热水环路导入系统，环路中的水的压力有利地在每个点都维持严格大于合成气体的压力；环路中的水的压力将比合成气体在交换器41处的压力大至少1bar，以借助于该较高的压力来防止加压合成气体的任何不希望的进入。
由从低温变换反应产生的合成气体和空气预热交换器的下游的烟气中包含的能量组成的未用热的两个来源提供了通常完全损失且回收成本限于资本投资成本与维护成本之和但没有能量成本的热。
尽管存在其依赖于氢生产的缺陷，但需考虑的是，在它们产生合成气体的同时，大多数制氢单元产生针对重整和变换反应的需求而消耗的蒸汽多的蒸汽；因此它们通常向现场的蒸汽系统输出蒸汽(过热和处于压力下)。
使用输出蒸汽作为根据本发明的热水环路中的附加加热源在数量和温度两方面都易于控制。
除它供给满足需求(冬季大量补充，夏季贡献有限)的正常操作下的附加灵活热的事实外，它构成确保通过制氢设备增加热的紧急热源。现场的蒸汽系统中的蒸汽的压力事实上通过现场的其它蒸汽发生器(锅炉、废热发电、联合循环等)维持且蒸汽系统因此处于由设备的输出蒸汽替代的位置以供给加热环路中的水所需的热并因此确保向相关的城市体系供热的连续性。

Claims (14)

1.一种利用从PH2制氢工艺获得的热来促进集中水加热系统的水的加热的方法，该PH2制氢工艺为通过轻质烃的蒸汽重整进行的PH2制氢工艺，所获得的热为来自所述PH2制氢工艺的能在低于170℃的温度下获得的热，其中：
-所述PH2制氢工艺至少包括以下步骤：
h1)通过蒸汽重整在同时产生烟气的情况下生产合成气体，接着通过热交换来至少第一次冷却所述合成气体，然后转化所述合成气体中包含的CO，然后通过热交换来第二次冷却到不超过160℃的温度TG，
h2)通过与所述PH2制氢工艺中使用的各种流体进行相继热交换将产生的烟气冷却到不超过170℃的温度TF，
h3)通过与所述合成气体进行热交换来利用脱矿质水产生用于输出以供给外部蒸汽系统的、处于高于200℃的温度TV下的未用蒸汽，
-所述方法的特征在于其至少包括以下步骤：
a)能获得这样的集中水加热系统：其中水在处于至少50℃的微温水温度Tt与不超过180℃的热水温度Tc之间的可变温度下循环，
b)能获得在闭环中循环的处于大于微温水温度Tt的温度Tmin与大于热水温度Tc的温度Tmax之间的可变温度下的传热流体，
c)通过与在步骤h1)期间第二次冷却到温度TG之后的合成气体进行间接热交换来加热全部或一部分所述传热流体，
d)通过与从通过步骤h3)产生的输出未用蒸汽取得的蒸汽进行热交换来将全部或一部分所述传热流体加热到温度TV以供给处于约温度Tmax的温度下的传热流体，
e)通过经由子站交换器与所述集中水加热系统中处于微温水温度Tt的水进行间接热交换来将热量从处于温度Tmax下的所述传热流体传递到所述集中水加热系统，以将所述集中水加热系统中的水加热到热水温度Tc。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤h3)中，所述未用蒸汽是通过与所述合成气体和与所述烟气进行热交换而利用脱矿质水产生的。
3.根据权利要求2所述的方法，包括通过与处于温度TF下的烟气进行间接热交换来加热所述传热流体的至少一部分的步骤。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，所述集中水加热系统为城市供热系统，所述子站交换器将热量从所述闭环传递到所述城市供热系统或该城市供热系统的子组件中的水。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，在所述PH2制氢工艺停止的情况下，步骤d)的蒸汽来自与制氢设备的蒸汽生产回路连接的蒸汽系统。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，所述传热流体是水。
7.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，所述合成气体在从变换模块排出时的冷却部分借助冷却塔且部分借助安装在所述冷却塔的上游或与所述冷却塔并联安装并根据步骤c)提供所述传热流体的加热的热交换器来提供。
8.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，在所述闭环中循环的所述传热流体处于比在步骤c)的热交换器的入口处测定的合成气体的压力高的压力下。
9.一种用于热利用的设备，该用于热利用的设备能利用从通过轻质烃的蒸汽重整来制氢的制氢设备在低于170℃的温度下获得的热来促进集中水加热系统中的水的加热，其中：
-所述制氢设备至少包括：
·用于通过蒸汽重整在同时产生烟气的情况下生成合成气体的模块，和
·用于通过热交换来冷却所述合成气体的模块，
·用于转化所述合成气体中包含的CO的模块，
·用于通过热交换冷却到不超过160℃的温度TG的第二模块，
·用于通过与工艺中使用的各种流体进行相继热交换来将所述烟气冷却到不超过170℃的温度TF的热交换器，
·用于产生供给外部蒸汽系统的输出蒸汽的脱矿质水的来源，
·能够与所述合成气体和所述烟气进行热交换以产生处于大于200℃的温度TV下的蒸汽的热交换器，
-所述用于热利用的设备至少包括：
·集中水加热系统，其中一定量的水在处于至少等于50℃的微温水温度Tt与不大于180℃的热水温度Tc之间的可变温度下循环，
·闭环，其中传热流体在处于高于微温水温度Tt的温度Tmin与高于热水温度Tc的温度Tmax之间的可变温度下循环，
·用于通过与处于温度TG下的所述合成气体进行间接热交换来加热全部或一部分所述传热流体的热交换器，
·用于通过与从输出蒸汽取得的蒸汽进行间接热交换来加热全部或一部分所述传热流体以供给处于温度Tmax下的传热流体的热交换器，
·配备有间接热交换器的子站，所述间接热交换器用于通过与处于温度Tmax下的所述传热流体进行间接热交换来将所述集中水加热系统中的水加热到热水温度Tc。
10.根据权利要求9所述的用于热利用的设备，还包括用于通过与处于温度TF下的烟气进行间接热交换来加热所述传热流体的至少一部分的热交换器。
11.根据权利要求9或10所述的用于热利用的设备，其中，所述集中水加热系统是城市供热系统，所述配备有间接热交换器的子站将热量从所述闭环传递到所述城市供热系统或该城市供热系统的子组件中的水。
12.根据权利要求9或10所述的用于热利用的设备，配备有在所述制氢设备停止的情况下能够从与所述制氢设备的蒸汽生产回路连接的蒸汽系统提供蒸汽供给的管道和装置。
13.根据权利要求9或10所述的用于热利用的设备，其中，在所述闭环中循环的传热流体是水。
14.根据权利要求9或10所述的用于热利用的设备，包括用于冷却从变换模块排出的合成气体的冷却塔和水式交换器，所述水式交换器安装在所述冷却塔的上游或与所述冷却塔并联安装并提供所述传热流体的加热。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ES2669494T5 (es) * 2015-07-10 2022-04-28 Air Liquide Procedimiento e instalación para el enfriamiento de gas de síntesis

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008147860A1 (en) * 2007-05-22 2008-12-04 Praxair Technology, Inc. Dual mode reactor smr integration
CN101538014A (zh) * 2008-03-17 2009-09-23 气体产品与化学公司 具有有限的蒸汽输出的蒸汽-烃重整方法
CN101842314A (zh) * 2007-11-01 2010-09-22 Sk能源株式会社 容易启动、操作稳定并且高效的氢发生器
CN102656112A (zh) * 2009-12-16 2012-09-05 鲁奇有限责任公司 用于操作重整炉的方法和重整设备
CN103108832A (zh) * 2010-09-10 2013-05-15 蒂森克虏伯伍德公司 用于在生产合成气体的可加热重整反应器中生产工艺蒸气和锅炉给水水蒸气的方法和装置

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2313681A4 (en) * 2008-07-17 2017-11-01 Fluor Technologies Corporation Configurations and methods for waste heat recovery and ambient air vaporizers in lng regasification

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008147860A1 (en) * 2007-05-22 2008-12-04 Praxair Technology, Inc. Dual mode reactor smr integration
CN101842314A (zh) * 2007-11-01 2010-09-22 Sk能源株式会社 容易启动、操作稳定并且高效的氢发生器
CN101538014A (zh) * 2008-03-17 2009-09-23 气体产品与化学公司 具有有限的蒸汽输出的蒸汽-烃重整方法
CN102656112A (zh) * 2009-12-16 2012-09-05 鲁奇有限责任公司 用于操作重整炉的方法和重整设备
CN103108832A (zh) * 2010-09-10 2013-05-15 蒂森克虏伯伍德公司 用于在生产合成气体的可加热重整反应器中生产工艺蒸气和锅炉给水水蒸气的方法和装置

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