CN104556516A - 生产含h2的气体和纯化水的系统和方法 - Google Patents

生产含h2的气体和纯化水的系统和方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种从联合的生产H2的重整和热水纯化过程生产含H2产物气体和纯化水的系统和方法。在多效蒸馏过程中，用来自生产H2的重整过程的重整产物通过间接热传递加热原水，例如盐水，以纯化原水。

Description

生产含H2的气体和纯化水的系统和方法
相关申请的交叉引用
本专利申请是2013年4月8日提交的美国申请号13/858,363的部分继续申请，其要求2012年5月18日提交的临时申请序列号61/648,662的权益，这些文献各自的内容通过如同全面阐述的引用一样结合到本文中。
背景
热水纯化过程，例如使用多效蒸馏(MED)使盐水热脱盐，使用来自低压热能源(steam energy source)的热量，以进行水的纯化过程。低压蒸汽采用普通锅炉技术来生成(参见，例如，美国专利号4,338,199和5,441,548)。
已知使用其它能量形式用于脱盐。例如，美国专利号5,421,962将太阳能利用于脱盐过程，美国专利公布号2011/0162952利用来自气化过程的能量，而美国专利公布号2011/0147195使用来自发电厂的废热用于脱盐过程。
氢生产过程，例如催化的蒸汽-烃重整(catalytic steam-hydrocarbon reforming)，部分氧化重整，催化的部分氧化重整，和自热重整(autothermal reforming)需要将热量排放到环境中。在分离气体分离器中的合成气体以形成氢或其它含氢产物气体之前，可需要从中间体合成气流中除去废热。废热一般通过由冷风扇和/或调温冷却器(其中冷却通过冷水提供)驱动的空气冷却器而被排放到环境中。
工业界期望利用来自重整过程(reforming process)的废热。例如，催化蒸汽-烃重整过程在各种状况下释放大量废热。一种状况是当能量成本低且在热量回收上花费较少资本时。另一种状况是当所述过程由于缺乏输出蒸汽需求而不生产大量的高压输出蒸汽时。低的或零输出蒸汽产量减少了用于该过程的热沉(heat sink)，导致大量废热。
工业界期望在水源紧张的区域生产纯化水。这样的水可用作催化蒸汽-烃重整过程中的补充水，使所述过程对水自足。水还可作为产品销售用于工业和市政用途。
工业界期望降低或消除催化蒸汽-烃重整工厂中的水处理成本。目前，需要在催化蒸汽-烃重整工厂中处理补充水，以使其符合用于锅炉进水的要求。这些处理包括过滤以去除颗粒、脱矿物质以去除矿物质和脱气以去除可溶气体例如O2和CO2。
工业界期望降低重整过程的资本和能量成本。重整过程的热效率取决于低水平热量的利用。当能量成本高时，为了更好的热效率或更低的能量成本，回收更多低水平的热量。然而，回收更多热量意味着使用更多和/或更大的换热器，导致更高的资本成本。相反地，当能量成本低时，牺牲热效率或能量成本以使换热器的资本成本最小化。
本领域存在对生产含H2的气体和纯化水的系统和方法，所述系统和方法为有成本效益的并提供对来自催化蒸汽-烃重整过程的废热的更大的利用。
概述
本发明涉及一种生产含H2产物和纯生产化水的方法。
本发明的实施方案通过提供从联合重整和热水纯化过程生产含H2的产物气体和纯化水的系统和方法来满足本领域的需求。本发明的实施方案可减少或消除与消散过多的废热有关的成本并也可对平衡热负荷和在整个热水纯化过程的其它操作条件提供灵活性。
存在如下概述的系统和方法的若干特殊的方面。括号中提出的参照标号(reference numbers)和表示是指下文参照附图进一步说明的示例性实施方案并为读者提供便利。然而，参照标号(reference numbers)和表示仅仅是说明性的并不限制该方面至任何所述示例性实施方案的特定的组分或特征。所述方面可如权利要求书确定，其中括号中提出的参照标号(reference numbers)和表示被省略或在合适时被其它的替代。
方面1. 一种从含有污染物的原水流(53)生产含H2-产物气体(200)和生产纯化水(42)的方法，所述方法包括：
(a) 从重整器(100)取出重整产物(60)，
(b) 通过用重整产物(60)间接热传递加热原水流(53)的至少一部分(63)，从而冷却重整产物(60)，并由此蒸发热水纯化系统(16)的多个蒸发器的第一蒸发器(51)的原水流(53)的至少一部分(63)的一部分，形成第一蒸汽流(41)和第一富污染物的原水流(64)，从第一蒸发器(51)取出第一蒸汽流(41)，并从第一蒸发器(51)取出第一富污染物的原水流(64)，第一富污染物的原水流(64)具有比引入第一蒸发器(51)的原水流(53)的至少一部分(63)更高浓度的污染物；
(c) 在步骤(b)中的重整产物已经冷却后，通过用重整产物(60)间接热传递加热原水流(53)，从而进一步冷却重整产物至20℃-60℃范围内的温度，其中在步骤(b)中被加热之前，原水流(53)的至少一部分(63)在步骤(c)中被加热；
(d) 将第一蒸汽流(41)引入热水纯化系统(16)的多个蒸发器的第二蒸发器(54)中，通过用第一蒸汽流(41)间接热传递加热从第一蒸发器(51)取出的第一富污染物的原水流(64)或原水流(53)的第二部分(65)二者之一，通过蒸发第一富污染物的原水流(64)或原水流(53)的第二部分(65)二者之一的部分，形成第二蒸汽流(43)，从而冷却第一蒸汽流(41)并由第一蒸汽流(41)形成第一冷凝物流(71)，从第二蒸发器(54)取出第二蒸汽流(43)，从第二蒸发器(54)取出第一冷凝物流(71)，其中纯化水(42)包含第一冷凝物流(71)，和从第二蒸发器(54)取出第二富污染物的原水流(66)，第二富污染物的原水流(66)具有比从第一蒸发器(51)取出的第一富污染物的原水流(64)或原水流(53)的第二部分(65)二者之一更高浓度的污染物；和
(e) 在步骤(c)中冷却重整产物后，从重整产物(60)形成含H2-的产物气体。
方面2. 方面1的方法，其中步骤(d)包括将第一蒸汽流(41)引入热水纯化系统(16)的多个蒸发器的第二蒸发器(54)，通过用第一蒸汽流(41)间接热传递，加热从第一蒸发器(evapator) (51)取出的第一富污染物的原水流(64)，通过蒸发第一富污染物的原水流(64)的部分形成第二蒸汽流(43)，从而冷却第一蒸汽流(41)并由第一蒸汽流(41)形成第一冷凝物流(71)，从第二蒸发器(54)取出第二蒸汽流(43)，从第二蒸发器(54)取出第一冷凝物流(71)，其中纯化水(42)包含第一冷凝物流(71)，和从第二蒸发器(54)取出第二富污染物的原水流(66)，第二富污染物的原水流(66)具有比从第一蒸发器(51)取出的第一富污染物的原水流(64)更高浓度的污染物。
方面3. 方面1的方法，其中步骤(d)包括将第一蒸汽流(41)引入热水纯化系统(16)的多个蒸发器的第二蒸发器(54)中，通过用第一蒸汽流(41)的间接热传递来加热原水流(53)的第二部分(65)，通过蒸发原水流(53)的第二部分(65)中的一部分形成第二蒸汽流(43)，从而冷却第一蒸汽流(41)并由第一蒸汽流(41)形成第一冷凝物流(71)，从第二蒸发器(54)取出第二蒸汽流(43)，从第二蒸发器(54)取出第一冷凝物流(71)，其中纯化水(42)包含第一冷凝物流(71)，和从第二蒸发器(54)取出第二富污染物的原水流(66)，第二富污染物的原水流(66)具有比原水流(53)的第二部分(65)更高浓度的污染物，其中原水流(53)的第二部分(65)在步骤(d)中被加热之前已在步骤(c)中被加热。
方面4. 方面1-3中任一方面的方法，其中通过在步骤(b)中用重整产物(60)间接热传递加热原水流(53)的至少一部分(63)，包括：
通过用重整产物(60)间接热传递加热工作流体(185)，形成加热的工作流体(196)，并通过在蒸发器(51)中用加热的工作流体(196)间接热传递来加热原水流(53)的至少一部分(63)。
方面5. 方面4的方法，其中工作流体是水和加热的工作流体是蒸汽。
方面6. 方面1-3中任一方面的方法，其中在步骤(b)中，通过用重整产物(60)间接热传递加热原水流(53)的至少一部分(63)，包括：
通过用重整产物(60)间接热传递加热工作流体水(185)，其中当通过重整产物(60)加热时，蒸发工作流体水以形成具有压力范围从15.2 kPa至304 kPa (绝对)的工作流体蒸汽(196)，和
通过在蒸发器(51)中用工作流体蒸汽(196)间接热传递，加热原水流(53)的至少一部分(63)，其中当加热原水流(53)的至少一部分(63)时，冷凝工作流体蒸汽。
方面7. 方面1-3中任一方面的方法，其中步骤(b)不包括加热中间工作流体。
方面8. 方面1-7中任一方面的方法，其还包括：
(f) 通过用重整产物(60)间接热传递加热第一水流(95)，从而冷却重整产物(60)，其中第一水流(95)包括至少一部分纯化水(42)；
其中重整产物(60)在步骤(b)中被冷却之前在步骤(f)中冷却，或者重整产物(60)在步骤(f)中被冷却之前在步骤(b)冷却。
方面9. 方面8的方法，其中重整产物(60)在步骤(b)中被冷却之前在步骤(f)中冷却。
方面10. 方面8的方法，其中重整产物(60)在步骤(f)中被冷却之前在步骤(b)中冷却和在步骤(c)中被冷却之前在步骤(f)中冷却。
方面11. 方面8-10中任一方面的方法，其还包括在步骤(f)中加热第一水流后，使第一水流(95)通过脱气器(130)。
方面12. 方面8-10中任一方面的方法，其还包括：
在步骤(f)中加热第一水流后，使第一水流(95)通过蒸汽鼓(160)，而不使第一水流(95)通过脱气器。
方面13. 方面8-10中任一方面的方法，其还包括：
在步骤(f)中加热第一水流(95)之前，使第一水流(95)通过至少一个离子交换装置和电去电离作用装置；和
在步骤(f)中加热第一水流之后，使第一水流(95)通过蒸汽鼓(160)，而不使第一水流(95) 通过脱气器。
方面14. 方面8-13中任一方面的方法，其中第一水流包含纯化水(42)。
方面15. 方面8-13中任一方面的方法，其中第一水流由纯化水(42)组成。
方面16. 方面8-13中任一方面的方法，其中第一水流由未经过滤处理或脱盐的纯化水流组成，
方面17. 方面1-16中任一方面的方法，其中从重整产物形成含H2产物气体(200)的步骤包括：
在步骤(c)中冷却后，使重整产物(60)通过分离鼓(220)，将重整产物(60)分离为冷凝物流(224)和贫水的重整产物(226)；和
将至少一部分贫水的重整产物(226)引入分离器(210)中并在分离器中分离至少一部分贫水的重整产物(226)，以产生含H2产物气体(200)和副产物气体(250)。
方面18. 方面17的方法，其中分离器为压力摆动吸附器. 
方面19. 方面1-18中任一方面的方法，其中原水包括至少一个盐水、河水、溪水、湖水、城市再循环水、工业再循环水、地下水，以及来自蒸汽甲烷重整过程的过程冷凝物中的至少一种。
方面20. 一种从含污染物的原水流(53)生产含H2气体(200)和生产纯化水(42)的系统，该系统包括：
具有取出重整产物(60)的出口的重整器(100)；
包括多个蒸发器的热水纯化系统(16)，所述多个蒸发器包括：
第一蒸发器(51)，其被配置以提供原水流(53)的至少一部分(63)和重整产物(60)或蒸汽(196)二者之一之间的间接热交换，其中蒸汽(196)在第一换热器(190)通过与重整产物(60)间接热交换由水形成，第一蒸发器有效地易于接受来自重整器的重整产物(60)或来自第一换热器(190)的蒸汽(196)二者之一，第一蒸发器(51)有效地易于接受原水流(53)的至少一部分(63)，第一蒸发器具有用于取出由原水流(53)的至少一部分(63)形成的蒸汽流(41)的第一出口和用于取出由原水流(53)的至少一部分(63)形成的富污染物的原水流(64)的第二出口，和
第二蒸发器(54)，其被配置以提供蒸汽流(41)和富污染物的原水流(64)或原水流(53)的第二部分(65)二者之一之间的间接热交换，第二蒸发器(54)有效地易于接受富污染物的原水流(64)或原水流(53)的第二部分(65)二者中的一种，第二蒸发器(54)有效地易于接受来自第一蒸发器的蒸汽流(41)，第二蒸发器(54)具有用于取出由富污染物的原水或原水流的第二部分二者之一形成的蒸汽流(43)的第一出口，用于取出由蒸汽流(41)形成的冷凝物流(71)的第二出口，和用于取出由富污染物的原水流(64)或原水流(53)的第二部分(65)二者之一形成的第二富污染物的原水流(66)的第三出口，其中纯化水流包含冷凝物流(71)；
第二换热器(180)，其被配置以提供重整产物(60)和原水流(53)之间的间接热交换，第二换热器(180)有效地易于接受来自第一蒸发器(51)和第一换热器(190)之一的重整产物(60)，其中第一蒸发器(51)有效地易于接受来自第二换热器(180)的原水流(53)的至少一部分(63)；
分离鼓(220)，其有效地易于接受来自第二换热器(180)的重整产物(60)，分离鼓具有用于取出贫水的重整产物(226)的第一出口和用于取出水(224)的第二出口；
分离器，其有效地易于接受来自分离鼓(220)的贫水的重整产物(226)，分离器用于从贫水的重整产物(226)生产含H2气体。
方面21. 方面20的系统，其中第一蒸发器(51)被配置以提供原水流(53)的至少一部分(63)和重整产物(60)之间的间接热交换，其中第一蒸发器(51)有效地易于接受来自重整器的重整产物(60)，和其中第二换热器(180)有效地易于接受来自第一蒸发器(51)的重整产物(60)。
方面22. 方面20的系统，其中第一蒸发器(51)被配置以提供原水流(53)的至少一部分和蒸汽之间的间接热交换，其中蒸汽通过在第一换热器(190)中与重整产物的间接热交换由水形成，第一蒸发器(51)有效地易于接受来自第一换热器(190)的蒸汽(196)，且其中第二换热器有效地易于接受来自第一换热器(190)的重整产物(60)。
方面23. 方面20-22中任一方面的系统，其中分离器为压力摆动吸附器。
方面24. 方面20-23中任一方面的系统，其中重整器为催化的蒸汽-烃重整器。
几个附图的简述
图1为利用工作流体从重整产物至多效蒸馏过程的蒸发器进行热交换的、与多效蒸馏过程联合的重整过程的工艺流程图，其中原水以连续的方式被引入蒸发器。
图2为利用工作流体从重整产物至多效蒸馏过程的蒸发器进行热交换的、与多效蒸馏过程联合的重整过程的工艺流程图，其中原水以平行的方式被引入蒸发器。
图3为利用工作流体从重整产物至多效蒸馏过程的蒸发器进行热交换的、与多效蒸馏过程联合的重整过程的另一份工艺流程图，其中原水以连续的方式被引入蒸发器。
图4为利用工作流体从重整产物至多效蒸馏过程的蒸发器进行热交换的、与多效蒸馏过程联合的重整过程的另一份工艺流程图，其中原水以平行的方式被引入蒸发器。
图5为不利用工作流体从重整产物至多效蒸馏过程的蒸发器进行热交换的、与多效蒸馏过程联合的重整过程的工艺流程图，其中原水以连续的方式被引入蒸发器。
图6为不利用工作流体从重整产物至多效蒸馏过程的蒸发器进行热交换的、与多效蒸馏过程联合的重整过程的工艺流程图，其中原水以平行的方式被引入蒸发器。
图7为不利用工作流体从重整产物至多效蒸馏过程的蒸发器进行热交换的、与多效蒸馏过程联合的重整过程的另一份工艺流程图，其中原水以连续的方式被引入蒸发器。
图8为不利用工作流体从重整产物至多效蒸馏过程的蒸发器进行热交换的、与多效蒸馏过程联合的重整过程的另一份工艺流程图，其中原水以平行的方式被引入蒸发器。
图9为排列的工艺流程图，其中重整过程和分离多效蒸馏过程不整合在一起。
详述
当应用于说明书和权利要求中描述的本发明的实施方案中的任何特征时，本文所用的冠词“一”和“一个”意指一个或多个。“一”和“一个”的使用不将含义限制在单个特征，除非具体声明了这种限制。单数或复数名词或名词短语前面的冠词“该”表示一个或多个特定的具体特征，而且取决于使用“该”的上下文，其可具有单数或复数涵义。形容词“任何”无区别地表示任意量中的一个、一些或全部。在第一实体和第二实体之间放置的术语“和/或”指以下之一：(1)第一实体、(2)第二实体，以及(3)第一实体和第二实体。在3个或更多个实体的序列的最后两个实体之间放置的术语“和/或”指序列中的实体的至少一个。
短语“至少一部分”指“一部分或全部”。流的至少一部分可具有与其源自的流相同的组成。至少一部分可具有与其源自的流的组分不同的组分。流的至少一部分可包括其源自的流的特定组分。
如本文所用，流的“分开的部分”是具有与其取自的流相同的化学组成的部分。
本文所用的“第一”、“第二”、“第三”等用来在多个特征和/或步骤当中区分，而不表示在时间或空间中的相对位置。
本文所用的术语“催化剂”指载体、催化材料和可存在于载体上的任何其它添加剂。
术语“贫化”是指比形成它的初始的流具有较小的指定组分摩尔%浓度。“贫化”不是指所述流完全缺乏指定组分。
本文所用的“热量”和“加热”包括显热和潜热两者以及加热。
本文所用的“原水”为任何不纯的水，例如以下的一种或多种：盐水(大洋水、海水、微咸水)、地表水(例如溪、河或湖)、地下水、城市/工业再用或再循环水或者来自工业过程的废水(例如来自蒸汽甲烷重整过程的废弃水，例如过程冷凝物)。过程冷凝物为从SMR过程的重整产物流中冷凝的水。原水通常比常规工业供水(例如饮用水)更不纯。
本文所用的“纯化水”是指来自热水纯化过程的任何蒸馏水(即蒸馏物或冷凝水)。
本文所用的热水纯化过程为使用热源以蒸发原水并将蒸发的水蒸汽冷凝为冷凝物或蒸馏物(即纯化水)的任何过程。热水纯化过程可以是例如已知的商业化热脱盐过程，例如多效蒸馏(MED)过程。
本文所用的，“重整产物”或“重整产物流”为包含由烃和蒸汽的重整反应形成的氢和一氧化碳的任何流。
本文所用的“间接热传递”是从一个流到另一个流的热传递，其中这些流不混合在一起。间接热传递包括，例如，在换热器中从第一流体到第二流体的热传递，其中这些流体被板或管分隔。间接热传递包括从第一流体到第二流体的热传递，其中使用中间工作流体以将热量从第一流体传送到第二流体。第一流体可在蒸发器中使中间工作流体蒸发(例如蒸发水形成蒸汽)，工作流体通往另一个换热器或冷凝器，其中工作流体将热量传递到第二流体。使用工作流体从第一流体到第二流体的间接热传递可适于使用热管、热虹吸器等。
本文所用的“直接热传递”为从一个流到另一个流的热传递，其中这些流紧密混合在一起。直接热传递包括例如增湿，其中将水直接喷淋到热空气流中，而来自空气的热量使水蒸发。
本文所用的“流体流动连通(fluid flow communication)”指两个或更多个能使液体和/或气体在各组分之间以控制的方式传送的组分之间的连通性性质。例如，在一个蒸发器中的传热旋管可与另一个蒸发器中的传热旋管以流体流动连通，以致气体和/或液体可在其之间传送而不泄漏。连接两个或更多个组分以便它们彼此以流体流动连通可涉及本领域已知的任何合适的方法，例如采用法兰管道(flanged conduits)、密封垫(gaskets)和螺钉(bolts)。在附图中，管道被描绘为连接系统的一个或多个其它组件的带有箭头的线。每个这样的管道经流体连接于组件的出口(即，所述线从该组件开始)和另一个组件的入口(即，箭头在该组件终止)，以致各组件以流体流动连通并且气体/或液体可在其之间被运送。
在权利要求书中，字母或罗马数字可用于确定要求的过程步骤(如，(a)、(b)、(c)、(d)等和(i)、(ii)、(iii)、(iv)等)。这些字母或罗马数字被用于帮助提及过程步骤，而不打算指出其中进行所要求的步骤的次序，除非并且仅仅是从这样的意义上说，即权利要求书中明确地陈述了这样的次序。
本发明涉及一种生产含H2产物和生产纯化水的系统和方法。所述含H2产物可以是纯化的H2产物气体或具有期望的H2:CO摩尔比的合成气体。纯化水可以是脱盐水，即来自盐水的纯化水。为本公开的目的，“脱盐水”指从中已去除初始存在的99-100重量%的盐的水。
本发明涉及用于生产含H2产物的重整过程和用于生产纯化水的热水纯化过程之间的热联合。所述重整过程可以是催化的蒸汽-烃重整过程、部分氧化重整过程、催化的部分氧化过程，自热重整过程，或本领域为生产含H2产物已知的其它重整过程。
在优选的实施方案中，重整过程是催化蒸汽-烃重整过程。催化蒸汽-烃重整过程使用大量水用于反应(例如CH4 + 2H2O → 4H2 +CO2)并产生作为共产物的高压蒸汽。该过程还产生大量的低水平热量。热水纯化从原水产生纯化水，而它的能量源是低水平热量。这两个过程彼此补充，因为催化蒸汽-烃重整消耗水并产生低水平热量，而热水纯化利用低水平热量并产生水。本发明利用这些特性并实现该联合过程的总资本和能量成本的降低。
虽然催化蒸汽-烃重整产生大量的低水平热量，但是至今未将催化蒸汽-烃重整与热水纯化联合。目前为止没有具体的联合方案被公开过。
现参考附图，其中纵贯这几个视图，相同的参照标号指代相同要素，图1-8显示用于生产含H2产物200的与从含污染物的原水流53生产纯化水42的多效蒸馏(MED)热水纯化过程联合的重整过程的不同实施方案的工艺流程图。
所述系统包括具有用于取出重整产物60的出口的重整器100。
在图中，重整过程被显示为通过催化的蒸汽-烃重整器100进行。虽然作为催化的蒸汽-烃重整器在图中有描述并被示出，但可以使用用于生产含H2气体的其它类型的重整器。
所述方法可优选地利用催化蒸汽-烃重整。催化蒸汽-烃重整，又称为蒸汽甲烷重整(SMR)、催化蒸汽重整或蒸汽重整，定义为用于使重整器原料通过与蒸汽经催化剂反应而转化为合成气体的任何过程。合成气体，通常称为合成气，是包含氢和一氧化碳的任何混合物。重整反应是吸热反应，而且一般可描述为CnHm + nH2O → nCO +(m/2+n)H2。氢在合成气产生时产生。
在催化蒸汽-烃重整中，重整器进料气体混合物15被引入重整器炉100内的多个含催化剂的重整器管20中，使所述重整器进料气体混合物15在重整反应中，在有效形成包含H2、CO、CH4和H2O的重整产物60的反应条件下反应，并从所述多个含催化剂的重整器管20中取出所述重整产物60。
重整器进料气体混合物15包含烃原料和蒸汽，或预重整的烃原料和蒸汽的混合物。原料可以是天然气、甲烷、石脑油、丙烷、精炼厂燃料气、精炼厂尾气或本领域已知的其它合适的重整器原料。
在催化蒸汽-烃重整中，重整反应在重整器炉100内的多个含催化剂的重整器管中发生。重整器炉，又称为催化蒸气重整器、蒸汽甲烷重整器和蒸汽-烃重整器，在本文定义为用于以下的任何加热炉：使含有元素氢和碳的原料通过用燃料燃烧提供的热量与蒸汽经催化剂反应而转化为合成气体。
具有多个含催化剂的重整器管(即管形重整器)的重整器炉为本领域熟知的。可使用任何合适数量的含催化剂的重整器管。已知合适的构造材料和方法。含催化剂的重整器管中的催化剂可以是本领域已知的任何合适的催化剂，例如包含镍的担载催化剂(supported catalyst)。
有效形成重整产物60的反应条件可包括范围介于500℃-1000℃的第一温度和范围介于203 kPa-5,066 kPa (绝对)的第一压力。
加热含催化剂的重整器管和由此提供有效形成重整产物的反应条件的能量可通过使燃料35与氧化剂气体120在外接多个含催化剂的重整器管20的重整炉100中燃烧来提供。燃料在有效使燃料燃烧的条件下燃烧，以形成燃烧产物气体40并产生热量，以提供用于使多个含催化剂的重整器管20内的重整器进料气体混合物15反应的能量。从重整器炉100取出燃烧产物气体40。有效使燃料燃烧的条件可包括范围在600℃-1500℃的温度和范围在99kPa-101.3kPa(绝对)的压力。
燃料35可包含来自压力摇摆吸附器210的副产物气体250。燃料35可包含补充燃料150。补充燃料通常称为调整燃料。补充燃料可为天然气或其它合适的燃料。氧化剂气体120可以例如为空气。
燃料35和氧化剂气体120在重整器炉100的多个含催化剂的重整器管20的外部，在燃烧区30(也称为发热区)内燃烧。燃烧产物气体40由燃烧区30通往重整器炉100的对流区50。在重整器炉100的对流区50中，通过燃烧产物气体40加热不同的流。将燃烧产物气体40从对流区经由排气扇140取出。
如图所示，燃烧空气120可在压缩器135中被压缩并可在引入用于燃烧前在对流区50中的换热器内加热。可将锅炉进水从蒸汽鼓160取出，在重整器炉100的对流区50中的换热器内加热，并传送回到蒸汽鼓160以制造蒸汽。在引入用于燃烧前，压力摇摆吸附器尾气可在对流区50中的换热器(未显示)内被加热。
可在重整器炉100的对流区50中的换热器内使来自蒸汽鼓160的蒸汽165过热。将至少一部分过热蒸汽(通常称为过程蒸汽)与烃原料85共混，以形成重整器进料气体混合物15。过热蒸汽的一部分可输出为输出蒸汽230。
在通往多个含催化剂的重整器管20之前，还可在重整器炉100的对流区50中的换热器内进一步加热重整器进料气体混合物15。
可将过热蒸汽与烃进料共混、加热并通往预重整器，以重整一部分共混物。预重整器可以是绝热预重整器。在作为重整器进料气体混合物15通往多个含催化剂的重整器管之前，来自预重整器的混合物可在重整器炉100的对流区50内被加热。
如图所示，饱和锅炉进水106可从蒸汽鼓160取出并被送往换热器110，其中在换热器110中用重整产物60通过间接热交换加热饱和锅炉进水106。加热的锅炉进水可返回到其中分离蒸汽和水的蒸汽鼓160中。蒸汽165 (具有例如范围在1.5-12. 5 MPa (绝对)的压力)可从蒸汽鼓取出，并将饱和锅炉进水送往待加热的各个换热器。
如图所示的，锅炉给水105可在换热器170中通过用来自换热器110的重整产物60进行间接热传递来加热。如图所示的，锅炉给水105可在换热器170中，经过蒸汽鼓160被加热，然后经过换热器110，在换热器110中由重整产物60进一步加热。
锅炉进水是符合特定纯度要求供锅炉和料流鼓(stream drums)所用的水。
如图所示，重整产物60可从第二换热器170通往变换反应器70。使来自第二换热器170的重整产物60可在变换催化剂75存在下在反应条件下反应，该反应条件在重整产物60中有效形成另外的氢。可通过一氧化碳和蒸汽的催化反应获得另外的氢气。该反应是放热的，而且通常称为水-气变换反应或变换反应：CO + H2O → CO2 + H2。该反应受一氧化碳和水经过合适催化剂的床所影响。在重整产物60中有效形成另外的氢的反应条件可包括190℃-500℃的第二温度和203kPa-5,066kPa (绝对)的第二压力。
可使用任何合适的变换催化剂。变换反应器可以是所谓高温变换(HTS)、低温变换(LTS)、中温变换(MTS)或组合。由于冠词“一个”表示“一个或多个”，可在本方法中使用一个或多个变换反应器。
对于高温变换，310℃-370℃的入口温度和400℃-500℃的出口温度为典型的。通常，铁氧化物/氧化铬催化剂用于高温变换。
对于低温变换，190℃-230℃的入口温度和220℃-250℃的出口温度为典型的。通常，包含金属铜、氧化锌以及一种或多种其它难以还原的氧化物(例如氧化铝或氧化铬)的催化剂用于低温变换。
对于中温变换，190℃-230℃的入口温度和最多350℃的出口温度为典型的。合适配制的担载型铜催化剂可用于中温变换。对于本发明的方法可优选中温变换。
组合可包括高温变换、通过间接换热冷却和低温变换的序列。若期望，可用间隔的冷却(interbed cooling)来细分任一变换阶段。
系统包括含有多个蒸发器的热水纯化系统16 (如多效蒸馏系统)。多个蒸发器包括至少一个第一蒸发器51和第二蒸发器54。多个蒸发器可包括另外的蒸发器56。
系统可采用工作流体(如水/蒸汽)以将热量从重整产物60传递至蒸发器51中的原水53的至少一部分63，如在图1-4中所示的。作为选择，系统可将热量从重整产物传递至蒸发器51中的原水53的至少一部分63，而不使用中间工作流体，如在图5-8中所示的。
在图1-4中，系统使用工作流体(如水/蒸汽)以将热量从重整产物60传递至蒸发器51中的原水。第一蒸发器51被配置以提供原水流53的至少一部分63和蒸汽196之间的间接热交换，其中蒸汽196通过在换热器190中用重整产物60进行间接热交换，由液体水形成。第一蒸发器51有效地易于接受来自第一换热器190的蒸汽196和有效地易于接受原水流53的至少一部分63。第一蒸发器具有用于取出蒸汽流41 (其由至少一部分原水流53形成)的第一出口和用于取出富污染物的原水流64的第二出口。
蒸汽196通过蒸发器51的传热旋管59。由于与原水与旋管59的外部接触的热传递，典型地通过喷管55喷雾原水，使蒸汽在传热旋管59中冷却和冷凝。从旋管59中取出冷凝物185并返回通过换热器190以形成蒸汽196。
在图5-8中，系统将热量从重整产物60传递至蒸发器51的原水，而不加热中间工作流体。第一蒸发器51被配置以提供原水流53的至少一部分63和重整产物60之间的直接换热器。第一蒸发器有效地易于接受来自重整器100的重整产物60并易于接受原水流53的至少一部分63。如在图1-4中所示，第一蒸发器具有用于取出蒸汽流41 (其由至少一部分原水流53形成)的第一出口和用于取出富污染物的原水流64的第二出口。
由于在旋管59 (通过流经其内部的重整产物或蒸汽加热)之间的热传递，经由喷管55喷淋到蒸发器51的旋管59外部上的原水经历蒸发形成水蒸汽。将如此产生的水蒸汽从蒸发器51送入布置于第二蒸发器54内部的传热旋管57中。将原水经由喷管102喷淋到传热旋管57的外部上，而旋管57内的水蒸汽在传热旋管57内冷凝，从第二蒸发器54排出并收集为水冷凝物71。由蒸发器54中的热传递产生的水蒸汽通入蒸发器56内，在其中重复该过程，对于系统中存在的许多有蒸发器都是如此。从该序列中最后的蒸发器出来的水蒸汽在冷凝器134中通过与冷原水进料流经的传热旋管136接触而冷凝。将如此产生的纯化水冷凝物与其它蒸发器中产生的冷凝物合并和收集。通过如在图1、3、5和7中所示的各蒸发器后形成的富污染物的原水流77或由来自如在图2、4、6和8中所示的各蒸发器的富污染物的原水流形成的富污染物的原水流77被收集和排出。
第二蒸发器54被配置以提供来自第一蒸发器51的蒸汽流41和从如在图1、3、5和7中所示的第一蒸发器51取出的富污染物的原水流64，或如在图2、4、6和8中所示的原水流53的第二部分65二者之一之间的间接热交换。第二蒸发器54有效地易于接受如在图1、3、5和7中所示的富污染物的原水流64，或者如在图2、4、6和8中所示的原水流53的第二部分65。第二蒸发器54有效地易于接受来自第一蒸发器的蒸汽流41。第二蒸发器54具有用于取出由如在图1、3、5和7中所示的富污染物的原水64形成的蒸汽流43，或者如在图2、4、6和8中所示的原水流的第二部分65的第一出口。第二蒸发器具有用于取出由蒸汽流41形成的冷凝物流71的第二出口和用于取出第二富污染物的原水流66的第三出口。
纯化水流42包含冷凝物流71。
系统包括第二换热器180，其被配置以提供重整产物60和原水流53之间的间接热交换。第二换热器180有效地易于接受来自如在图1-4中所示的第一换热器和如在图5-8中所示的第一蒸发器51之一的重整产物60。第一蒸发器51有效地易于接受来自第二换热器180的原水流53的至少一部分63。
系统包括分离鼓220，其有效地易于接受来自第二换热器180的重整产物60。分离鼓具有用于取出贫水的重整产物226的第一出口和用于取出过程冷凝物224的第二出口。
系统包括有效地易于接受来自分离鼓220的贫水的重整产物226的分离器。分离器产生来自贫水的重整产物226的含H2气体200。分离器可以是压力摆动吸附器。
本发明也涉及用于生产含H2气体200和用于从含污染物的原水流53生产纯化水42的方法。
该方法包括从重整器100取出重整产物60。
该方法包括通过用重整产物60间接热传递，加热原水流53的至少一部分63，从而冷却重整产物60，并由此蒸发热水纯化系统16的多个蒸发器的第一蒸发器51中原水流53的至少一部分63的一部分。蒸发的部分形成第一蒸汽流41。原水流53的至少一部分63的剩余物形成第一富污染物的原水流64。分别地从第一蒸发器51中取出第一蒸汽流41和第一富污染物的原水流64。第一富污染物的原水流64由原水流53的至少一部分63形成。第一富污染物的原水流64具有比被引入第一蒸发器51的原水流53的至少一部分63更高浓度的污染物。
原水流53的至少一部分63通过用重整产物间接热传递的加热可以用或不用工作流体进行，在这里所述的工作流体例如是水/蒸汽。
如在图1-4中所示的，通过用重整产物间接热传递来加热原水流53的至少一部分63的步骤可包括通过在换热器190中用重整产物60间接热传递加热工作流体185，和通过在蒸发器51中用加热的工作流体196间接热传递来加热原水流53的至少一部分63。工作流体可以是水和加热的工作流体可以是蒸汽。
通过用重整产物间接热传递来加热原水流53的至少一部分63的步骤可包括通过在换热器190中用重整产物60间接热传递来加热工作流体水185，由此工作流体水被蒸发以形成工作流体蒸汽196，其在通过重整产物60加热时具有范围从15.2 kPa至304 kPa (绝对)的压力，和通过在蒸发器51中用工作流体蒸汽196间接热传递加热原水流53的至少一部分63。当加热原水流53的至少一部分63时，工作流体蒸汽被冷凝而重新构成工作流体水185。
如在图5-8中所示的，通过用重整产物间接热传递来加热原水流53的至少一部分63的步骤可以不用中间工作流体来进行。如在图5-8中所示的，重整产物可以通过第一蒸发器51，以将热量传递至蒸发器51中的原水流53的至少一部分63。然后重整产物60可以从第一蒸发器51通往换热器90或换热器180，这取决于所选择的热交换事件的顺序。
该方法包括在重整产物已经在换热器190或蒸发器51中冷却后，通过用重整产物60间接热传递加热换热器180中的原水流53，从而进一步冷却重整产物至20℃-60℃范围内的温度。原水流53的至少一部分63在第一蒸发器51中被加热之前，在换热器180中被加热，原水流53的至少一部分63从第一换热器180通往第一蒸发器51。原水流53的至少一部分63包括至少一部分原水流53。
如在图1、3、5和7中所示的，原水可连续地通过蒸发器51、54和56的每一个。在串联的布置中，原水流53的至少一部分63通过第一蒸发器51，在那里水从原水中蒸发并形成剩余的第一富污染物的原水流64。使第一富污染物的原水流64通过第二蒸发器54，在那里更多的水从第一富污染物的原水流64中蒸发，形成第二富污染物的原水流66。使第二富污染物的原水流66通过第三蒸发器56，在那里更多的水从第二富污染物的原水流66中蒸发以形成低质量的废水77。如在前文中所述的，可使用任何数量的蒸发器。
如在图2、4、6和8中所示的，原水可通过平行排列的蒸发器51、54和56。在平行布置中，原水流53的至少一部分63通过第一蒸发器51，在那里水从原水中蒸发并形成剩余的第一富污染物的原水流64。使原水流53的另一部分65通过第二蒸发器54，在那里水从原水中蒸发并形成剩余的第二富污染物的原水流66。原水流53的其它部分通过系统中的任何另外的蒸发器56。收集剩余的富污染物的原水流64、66的每一种以形成低质量的废水77。
也设计了串行和平行的流过蒸发器的混合方案。
该方法也包括将第一蒸汽流41引入到热水纯化系统16的多个蒸发器的第二蒸发器54，以加热原水并蒸发其中的水。当原水被引入如在图1、3、5和7中所示的串联的各蒸发器中时，从第一蒸发器51取出的第一富污染物的原水流64通过用第一蒸汽流41进行间接热传递来加热，通过蒸发部分第一富污染物的原水流64，形成第二蒸汽流43和剩余的第二富污染物的原水流66。第二富污染物的原水流66具有比从第一蒸发器51取出的第一富污染物的原水流64更高浓度的污染物。
当原水被引入如在图2、4、6和8中所示的平行的各蒸发器中时，原水流53的第二部分65通过与第一蒸汽流41间接热传递来加热，通过蒸发原水流53的第二部分65的一部分，形成第二蒸汽流43和剩余的第二富污染物的原水流66。第二富污染物的原水流66具有比原水流53的第二部分65更高浓度的污染物。
由此第一蒸汽流41在第二蒸发器54中冷却并自第一蒸汽流41形成第一冷凝物流71。
第二蒸汽流43、第一冷凝物流71和第二富污染物的原水流66各自分开地从第二蒸发器54取出。
纯化水42包含第一冷凝物流71。
该方法还包括在重整产物经与原水53在换热器180中的间接热传递冷却后，由重整产物60形成含H2的产物气体200。重整产物，在换热器180中冷却后，可通过分离鼓220以除去因蒸汽冷凝而形成的水，典型地称为过程冷凝物，由此形成冷凝物流224和贫水的重整产物226。过程冷凝物224可被纯化并重新使用，或者作为选择从过程中排出。然后至少一部分贫水的重整产物 226可被引入分离器210中并被分离以产生含H2的产物气体200和副产物气体250。重整产物可通过任何已知的用于分离重整产物的装置而被分离。如图所示的，可在压力摆动吸附器210中通过压力摆动吸附分离重整产物60，以产生含H2的产物200和副产物气体250。来自压力摆动吸附器的副产物气体250通常被称为尾气。作为选择，重整产物60可经深低温处理(cryogenically)分离成冷箱(未示出)中的合成气体产物。
引入分离鼓220中的重整产物的温度可通过流经换热器180的原水53的流速来控制。不通过热水纯化系统16的任何蒸发器的过量原水可作为滑流67而舍弃。
部分或全部纯化水可用作用于重整过程的补充水(反应物进料)。来自重整产物的热量可转移到补充水中用于重整过程。
“补充水”是作为原料流引入催化蒸汽-烃重整过程中的水。补充水可为锅炉进水品质，或可能需要经进一步处理以变成锅炉进水品质。添加到系统的补充水的量为催化蒸汽-烃重整过程中的反应所需的量加上输出蒸汽生产所需的量。若不将重整产物中的在分离鼓220中冷凝为过程冷凝物224的过量蒸汽再循环到该过程，则所需的补充水的量由过程冷凝物的量增加。
补充水95可包含纯化水42。补充水95可由纯化水42组成。产生的纯化水42的一部分或全部可用作补充水用于重整过程。补充水95可另外地包含由分离鼓220获得的部分或全部过程冷凝物224。
该方法可包括通过在换热器90中与重整产物60间接热传递来加热第一水流95 (即 补充水)，从而冷却重整产物60。如在图1、2、5和6中所示的，在蒸发器51中或经换热器190加热原水流53的至少一部分63之前，重整产物60可在换热器90中加热第一水流95。如在图3、4、7和8中所示的，在换热器90中加热第一水流95之前，重整产物60可在蒸发器51中或经换热器190加热原水流53的至少一部分63。在任一情况下，在重整产物60在换热器180中被进一步冷却之前，重整产物60在换热器90中加热第一水流95和在蒸发器51中或经换热器190加热原水流53的至少一部分63。
该方法可包括通过在与重整产物60间接热传递来加热第一水流后，使第一水流95 (即补充水)通往脱气器130以除去溶解的气体。在附图中，补充水95通过脱气器130，在那里也引入蒸汽并取出排出流(vent stream) 17和脱气水123。然后脱气水123可在换热器170中被加热并作为锅炉给水105给予蒸汽鼓160，如在前文中所讨论的。
实际上，来自热水纯化过程的纯化水可以不含溶解的气体，因此可在换热器90和170中加热并被送到蒸汽鼓160而不用在脱气器130中处理。直接使用纯化水将节约生产H2的重整工厂的水处理成本。若纯化水的总成本小于原水成本加上生产H2-的重整工厂中水处理和脱气的资本和操作成本的总和，则使用纯化水42作为锅炉进水可偿付其自身。
若纯化水42含有不可接受水平的矿物质，纯化水42可经至少一个离子交换装置(即经冷凝物精处理或混合床精处理)和电去电离作用装置处理。经离子交换(冷凝物精处理)除去痕量溶解的矿物质和悬浮的物质是众所周知的且市售的装置可例如从Siemens获得。通过电去电离作用(EDI)除去矿物质也是众所周知的且市售的装置可例如从General Electric获得。
本方法通过MED过程舍弃来自重整过程的废热。来自重整过程的废热经第一蒸发器51和换热器180转移到MED过程。这种热量通过冷凝器134中的原水53的冷却和通过排出的低质量废水77最终排放到环境中。如果低质量废水77流量由于高的水回收率而很小时，经换热器180转移的来自重整过程的部分废热通过滑流67被排放到环境中。水回收被定义为总蒸馏物或产物水的量(即流42的流量)除以进水的量(即流53的流量)。
本方法和系统有两个主要的益处。首先，它将重整过程的废热转化为低成本的热源用于MED过程，在如图1-4使用中间工作流体蒸汽的情况下，热源的成本为换热器(锅炉) 190的成本，与来自使用专用设备(如天然气-点火小型可移式燃气锅炉(fired package boiler))的原始能源的单机MED过程产生的低压蒸汽比较，其成本将是小的。第二，来自重整过程的废热通过MED过程的舍弃，本方法和系统消除了与重整过程废热排放有关的成本，而对MED过程并不增加显著的成本。如上所述，所有的热量排放通过MED过程中现有的设备进行，除了换热器180。然而，换热器180替代闪光盒(flash boxes)和用于进水预热的最初的MED过程的预热。权衡后，换热器180的净成本可以是极小的，或者甚至提供净成本节约(net cost savings)。
通过下文提出的实施例进一步说明益处和优点。
实施例1 – 比较例
在实施例1中，重整系统和方法不与多效蒸馏系统和方法联合。实施例1的重整过程的末端示于图9。
重整产物360具有4.6 kmol/s的摩尔流速。重整产物360以141.8℃的温度被引入换热器390并以117.4℃的温度离开换热器390。重整产物具有52.8% H2、27.3% H2O(g)、11.4% CO2、5.5% CH4、2.8% CO和0.3% N2的摩尔组成。重整产物360在换热器390中加热脱气器进水395。脱气器进水具有2.58 kmol/s的流速，其中1.34 kmol/s是补充水和1.24 kmol/s是过程冷凝物324。脱气器进水395以26.5℃的温度进入换热器390并以97.2℃的温度离开换热器390。
在换热器380中使用冷却水385将重整产物360从97.2℃被进一步冷却至用于氢分离装置310所需的37.8℃温度。冷却水385的入口和出口温度分别为29.4℃和37.8℃，符合冷却塔的操作条件。
换热器390的热负荷为13.7 MW和换热器380的热负荷为23. 5 MW。传热系数(U)和面积(A)的乘积(UA)，对于换热器390为208,437 J/K-s和对于换热器380为648,956 J/K-s。换热器的成本通常与其UA有关。
采用单机(stand-alone)多效蒸馏过程以产生用于重整过程的补充水。在这个实施例中，使用7个蒸发器420。为生产1.34 kmol/s的补充水，所述方法需要8 MW的能量使用蒸汽410和将约8 MW的热量排放到冷凝器434的冷却水中。
单机多效蒸馏过程产生约15.6℃的补充水。
MED过程的水回收率为32%，其中水回收率是MED过程产生的总水量除以引入到MED过程中的原水量。
实施例2
在实施例2中，如在图5中所示整合重整过程和多效蒸馏过程。多效蒸馏过程也使用如在实施例1中的7个蒸发器。
重整产物60具有4.6 kmol/s的摩尔流速。重整产物60以141.8℃的温度引入换热器90并以129.9℃的温度离开换热器90。重整产物具有52.8% H2、27.3% H2O(g)、11.4% CO2、5.5% CH4、2.8% CO和0.3% N2的摩尔组成。重整产物60加热换热器90中的脱气器进水95。脱气器进水具有2.58 kmol/s的流速，其中1.34 kmol/s是补充水和1.24 kmol/s过程冷凝物224。脱气器进水95以59.1℃的温度进入换热器90并以97.2℃的温度离开换热器90。
在换热器90中加热脱气器进水95后，将重整产物60以129.9℃的温度引入第一蒸发器51中以蒸发水。从第一蒸发器51取出112.8℃温度的重整产物60。将原水63以4.2 kmol/s的摩尔流速引入蒸发器51。将83.9℃的原水引入蒸发器51并以100.8℃的温度取出。
将从第一蒸发器取出的重整产物随后引入换热器180以加热引入多效蒸馏过程的第一蒸发器51的进水。在换热器180中将重整产物从112.8℃冷却至所需的温度37.8℃用于氢分离装置210。将原水53在换热器180中从15.6℃加热至83.9℃。
对于换热器90的热负荷为7.4 MW，对于第一蒸发器51的热负荷为8.4 MW，和对于换热器180的热负荷为21.5 MW。传热系数(U)和面积(A)的乘积(UA)，对于换热器90为130,086 J/K-s，对于第一蒸发器51为320,924 J/K-s，和对于换热器180为725,936 J/K-s。
脱气器进水至换热器90的入口温度(59.1℃)大于实施例1中的换热器390的温度(26.5℃)，因为来自联合MED过程的补充水的温度(78.4℃)高于来自单机MED过程的补充水。在实施例2中的部分补充水的预加热通过将重整产物转移热量至第一蒸发器51和换热器180中的补充水，在MED过程中进行。
实施例2中的水回收率为32%。
与实施例1比较，实施例2中的补充冷却水没有消耗。
虽然 实施例1中的配置包括闪光盒(flash boxes)预热器440，实施例2不需要闪光盒预热器，因为对第一蒸发器的进水采用重整产物60在换热器180中加热。
本发明的益处可通过比较将重整产物从141.8℃的进入温度冷却至用于H2分离单元210的所需温度37.8℃的设备和生产成本，和通过MED过程生产补充水的成本得到说明。在实施例1的单机的情况下(stand-alone case)，换热器390和380用于冷却重整产物360。与这种冷却有关的设备成本可通过换热器380和390的总UA表明，其为857,393 J/K-s。生产成本可通过23.5 MW的冷却水定额来指明。在MED方面，设备成本将是常规7蒸发器MED过程的成本。MED过程需要约8 MW的热源以生产1.34 kmol/s的补充水和冷却水，以将约8 MW热量经冷凝器434排除。
对于如在实施例2说明的本发明的例子，重整产物的全部热量通过换热器90和180，以及第一蒸发器51被转移到脱气器进水和MED过程。因为第一蒸发器51设计有类似于实施例1，和变成部分MED成本的功能，其对于重整产物冷却不增加任何设备成本。因此，用于在实施例2中的重整产物冷却的设备成本可通过换热器90和180的总UA指明，其为856,022 J/K-s，类似于实施例1中的总UA。
在实施例2中的重整过程方面没有热耗。MED过程用于冷凝器134的冷却水定额为12.5 MW，其比实施例1中的联合冷却水定额(23.5 + 8 = 31.5 MW)小得多。这种较小的冷却水定额是由于实施例2的方法不使用专用的热源这一事实，因此不需要从热源排除8 MW热量，并且当67.2℃的低质量废水离开MED过程中，重整产物中的11 MW热量被排放到环境中，总之，为使重整产物从进入温度冷却至所需的温度，实施例2中的设备成本类似于实施例1，而实施例2中与冷却水有关的生产成本为实施例1的成本的40%。
用于通过联合的MED过程生产补充水的成本也比实施例1的成本低得多，这主要是因为 1) 所述联合过程不需要8 MW热源，和2) 其节省了与闪光盒预热器配置有关的成本。MED过程消耗的其它成本在这两个实施例中假定是相似的。

Claims (15)

1.一种从含污染物的原水流生产含H2产物气体和生产纯化水的方法，该方法包含：
(a) 从重整器取出重整产物，
(b) 通过用重整产物间接热传递加热原水流的至少一部分，从而冷却重整产物，并由此蒸发热水纯化系统的多个蒸发器的第一蒸发器中的原水流的至少一部分的一部分，形成第一蒸汽流和第一富污染物的原水流，从第一蒸发器取出第一蒸汽流，并从第一蒸发器取出第一富污染物的原水流，第一富污染物的原水流具有比引入第一蒸发器的原水流的至少一部分更高浓度的污染物；
(c) 在步骤(b)中已经冷却重整产物后，通过用重整产物间接热传递加热原水流，从而进一步冷却重整产物至20℃-60℃范围内的温度，其中在步骤(b)中被加热之前，原水流的至少一部分在步骤(c)中被加热；
(d) 将第一蒸汽流引入热水纯化系统的多个蒸发器的第二蒸发器中，通过用第一蒸汽流间接热传递来加热从第一蒸发器取出的第一富污染物的原水流或原水流的第二部分二者之一，通过蒸发第一富污染物的原水流或原水流的第二部分二者之一的部分，形成第二蒸汽流，从而冷却第一蒸汽流并由第一蒸汽流形成第一冷凝物流，从第二蒸发器取出第二蒸汽流，从第二蒸发器取出第一冷凝物流，其中纯化水包含第一冷凝物流，并从第二蒸发器取出第二富污染物的原水流，第二富污染物的原水流具有比从第一蒸发器取出的第一富污染物的原水流或原水流的第二部分二者之一更高浓度的污染物；和
(e) 在步骤(c)中冷却重整产物后，由重整产物形成含H2-的产物气体。
2.权利要求1的方法，其中通过在步骤(b)中用重整产物间接热传递，加热至少一部分原水流，包括：
通过用重整产物间接热传递，加热工作流体，形成加热的工作流体，和
通过在蒸发器中用加热的工作流体间接热传递，加热至少一部分原水流。
3.权利要求1的方法，其中在步骤(b)中用重整产物间接热传递，加热至少一部分原水流，包括：
通过用重整产物间接热传递加热工作流体水，其中当用重整产物加热时，蒸发工作流体水以形成具有从15.2 kPa至304 kPa (绝对)的压力范围的工作流体蒸汽，和
在蒸发器中用工作流体蒸汽间接热传递加热至少一部分原水流，其中当加热至少一部分原水流时，冷凝工作流体蒸汽。
4.权利要求1的方法，其中步骤(b)不包括加热中间工作流体。
5.权利要求1-4的任一项的方法，其还包括：
(f) 通过用重整产物间接热传递加热第一水流，从而冷却重整产物，其中第一水流包含至少一部分纯化水；
其中重整产物在步骤(f)中冷却，然后在步骤(b)中冷却，或者重整产物在步骤(b)中冷却，然后在步骤(f)中冷却。
6.权利要求5的方法，其还包括在步骤(f)中加热第一水流后，使第一水流通过脱气器。
7.权利要求5的方法，其还包括：
在步骤(f)中加热第一水流后，使第一水流通过蒸汽鼓，而不使第一水流通过脱气器。
8.权利要求5的方法，其还包括：
使第一水流通过至少一个离子交换装置和电去电离作用装置，然后加热步骤(f)中的第一水流；和
在步骤(f)中加热第一水流后，使第一水流通过蒸汽鼓，而不使第一水流通过脱气器。
9.任一项前述权利要求的方法，其中从重整产物形成含H2产物气体的步骤包括：
在步骤(c)中冷却后，使重整产物通过分离鼓，将重整产物分离为冷凝物流和贫水的重整产物；和
将至少一部分贫水的重整产物引入分离器中并在分离器中分离至少一部分贫水的重整产物，以产生含H2产物气体和副产物气体。
10.权利要求9的方法，其中分离器为压力摆动吸附器。
11.任一项前述权利要求的方法，其中所述原水包含盐水、河水、溪水、湖水、城市再循环水、工业再循环水、地下水，以及来自蒸汽甲烷重整过程的过程冷凝物中的至少一种。
12.一种从含污染物的原水流生产含H2气体和生产纯化水的系统，该系统包括：
具有取出重整产物的出口的重整器；
包括多个蒸发器的热水纯化系统，所述多个蒸发器包括：
第一蒸发器，其被配置以提供原水流的至少一部分和重整产物或蒸汽二者之一之间的间接热交换，其中蒸汽在第一换热器中通过用重整产物间接热交换由水形成，第一蒸发器有效地易于接受来自重整器的重整产物或来自第一换热器的蒸汽二者中的一种，第一蒸发器有效地易于接受原水流的至少一部分，第一蒸发器具有用于取出由原水流的至少一部分形成的蒸汽流的第一出口和用于取出由原水流的至少一部分形成的富污染物的原水流的第二出口，和
第二蒸发器，其被配置以提供蒸汽流和富污染物的原水流或原水流的第二部分二者之一之间的间接热交换，第二蒸发器有效地易于接受富污染物的原水流或原水流的第二部分二者中的一种，第二蒸发器有效地易于接受来自第一蒸发器的蒸汽流，第二蒸发器具有用于取出由富污染物的原水或原水流的第二部分二者之一形成的蒸汽流的第一出口，用于取出由蒸汽流形成的冷凝物流的第二出口，和用于取出由富污染物的原水流或原水流的第二部分二者之一形成的第二富污染物的原水流的第三出口，其中纯化水流包含冷凝物流；
第二换热器，其被配置以提供重整产物和原水流之间的间接热交换，第二换热器有效地易于接受来自第一蒸发器和第一换热器之一的重整产物，其中第一蒸发器有效地易于接受来自第二换热器的原水流的至少一部分；
分离鼓，其有效地易于接受来自第二换热器的重整产物，分离鼓具有用于取出贫水的重整产物的第一出口和用于取出水的第二出口；和
分离器，其有效地易于接受来自分离鼓的贫水的重整产物，分离器用于从贫水的重整产物生产含H2气体。
13.权利要求12的系统，其中配置第一蒸发器以提供至少一部分原水流和重整产物之间的间接热交换，其中第一蒸发器有效地易于接受来自重整器的重整产物，和其中第二换热器有效地易于接受来自第一蒸发器的重整产物。
14.权利要求12的系统，其中配置第一蒸发器以提供原水流的至少一部分和蒸汽之间的间接热交换，其中蒸汽通过在第一换热器中用重整产物间接热交换由水形成，第一蒸发器有效地易于接受来自第一换热器的蒸汽，且其中第二换热器有效地易于接受来自第一换热器的重整产物。
15.权利要求12的系统，其中分离器为压力摆动吸附器，和重整器为催化的蒸汽-烃重整器。
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