CN110719890B - 用于冷却合成气的方法和设备 - Google Patents

Abstract

用于冷却由含烃进料气的催化蒸汽重整产生的合成气的方法和设备，该合成气已经通过与锅炉给水进行热交换而冷却，从而将锅炉给水转化为蒸汽，同时分离出形成的水性冷凝物，其中提供了进行进一步的冷却并且仅两个步骤，即将该设备加热以对锅炉给水进行脱气以及通过与周围空气进行热交换进行冷却，而进行进一步的冷却，由于所需的冷却步骤数量少，因此仅需要很小的结构高度。

Description

用于冷却合成气的方法和设备

技术领域

本发明涉及一种用于冷却由含烃进料气的催化蒸汽重整产生的合成气的方法和设备，该合成气已通过与锅炉给水进行热交换而冷却，以将该锅炉给水转化为蒸汽，同时将形成的水冷凝物分离出，并且在用于通过水蒸气将一氧化碳催化转化为氢气和二氧化碳的装置中进行处理。

背景技术

通过含烃进料气的催化蒸汽重整产生含氢气和一氧化碳的合成气的方法是已知的并且描述于例如乌尔曼工业化学百科全书[Ullmann`s Encyclopedia of IndustrialChemistry]，第六版，第15卷，天然气生产，第2章。进料气，即含烃气体，如天然气和蒸汽等在升高的压力下(例如20至35巴)和高温下(例如800℃至950℃)，通过外部加热的填充了催化剂的反应器管进行输送。在此，原料气被转化为富含氢气和富含一氧化碳的合成气。这种反应器通常称为SMR并且该过程称为SMR过程，是蒸汽甲烷重整器的简称。就过程的经济性而言，在从SMR排出的合成气与进料气之间进行非常有效的热交换是非常重要的。

产生的合成气离开SMR后，将其通过与锅炉给水进行热交换进行冷却。锅炉给水在此蒸发。蒸汽用作SMR过程的进料蒸汽并且多余的蒸汽作为出口蒸汽排出，供SMR过程之外使用。当要生产仅由氢组成的合成气作为SMR过程的最终产品时，则随后将合成气在催化转化装置中进行处理，在该催化转化中，一氧化碳通过水蒸气转化为氢气和二氧化碳。在上面提到的乌尔曼卷第382页及以下中描述了这种转化。

本发明的方法涉及在前述的步骤之后对合成气进一步冷却。

在此，首先通过与含烃进料气进行热交换来进一步冷却合成气。接下来是通过与脱气的锅炉给水进行热交换来进一步冷却(然后将其送入锅炉)，然后通过加热锅炉给水脱气装置并在将新鲜的锅炉给水引入脱气装置之前对其进行预热。脱气纯粹是由于锅炉给水加热而发生的。然后直到此时为止在合成气中形成的水冷凝物作为热冷凝物从合成气流中分离出。然后，通过空气冷却器将合成气进一步冷却至几乎室温并且通过另一冷凝物分离器从合成气中分离出形成的冷凝物(称为冷的冷凝物)。在产生过程蒸汽的过程中使用已分离出来的热和冷的冷凝物。根据冷凝物的纯度和出口蒸汽必须满足的纯度要求，将其与新鲜锅炉给水保持分开，并在单独的锅炉中蒸发以形成过程蒸汽，或者将其引入锅炉给水脱气装置中并且与在那里的新鲜锅炉给水混合。

根据现有技术的这种方法的缺点在于设施方面的高支出，如上所述，通过该设备锅炉给水被分两步加热。在此，为了调节锅炉给水的预热，需要围绕热交换器的合成气的旁路管道。合成气流在通过热交换器的流和通过旁路管道的流之间进行分配需要一个三通阀或两个机械连接的调节阀，如总体上在德国首次公开文献1 950 055中所述。机械连接确保当一个阀关闭时，另一个阀打开至相同的程度。这些阀是非常昂贵的。此外，必须通过安全阀来确保锅炉给水的管道系统安全，以防止由于通过预热热交换器中可能的泄漏引入合成气而导致引起的超压。安全阀的排出管道必须连接到蒸汽重整装置的火炬系统，但这可能会使锅炉给水进入火炬系统并损害后者的功能。在设施方面的高支出还需要设备的额外结构高度，因为冷却合成气的一个基本问题是合成气的管道必须平稳下降地铺设，以使合成中形成的冷凝物气体会流下来。因此，每个冷却步骤导致建筑物的额外高度以及因此更高的建筑物成本。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种方法和设备，其中需要较少的冷却步骤以及因此较低的设备和建筑物成本。

该目的通过根据权利要求1和3的特征的本发明得以实现。

本发明的方法：

一种用于冷却由含烃进料气的催化蒸汽重整产生的合成气的方法，该合成气已通过与锅炉给水进行热交换而冷却，以将该锅炉给水转化为蒸汽，同时将形成的水冷凝物分离出，并且在用于通过水蒸气将一氧化碳催化转化为氢气和二氧化碳的装置中进行处理，该方法包括以下处理步骤：

(a)将该合成气与该含烃进料气进行热交换，

(b)将该锅炉给水引入包含给水容器的脱气装置中，其中该锅炉给水在引入该脱气装置之前不通过与该合成气进行热交换而预热，该锅炉给水以与从该给水容器上升的水蒸气逆流流过安装在该给水容器上的圆顶进入该给水容器中以实现该锅炉给水的初步脱气并且将该水蒸气与从该给水中吸收的气体一起从该脱气装置和过程排出并进行进一步处理，

(c)将该合成气与已在该脱气装置中脱气的该锅炉给水进行热交换，

(d)将至少一部分该合成气与在该脱气装置的给水容器中存在的锅炉给水进行热交换，

(e)将该合成气与周围空气进行热交换，

(f)从该合成气中分离出冷凝物，并将该冷凝物引入该脱气装置，其中使该冷凝物以与从该给水容器上升的水蒸气逆流流过安装在该给水容器上的圆顶进入到该给水容器中以进行初步脱气并且将该水蒸气与从该冷凝物中吸收的气体一起从该脱气装置和过程中排出用于进一步处理，

(g)进一步将该合成气输送到该过程外进行进一步处理。

本发明的设备：

一种用于冷却由含烃进料气的催化蒸汽重整产生的合成气的设备，该合成气已通过与锅炉给水进行热交换而冷却，以将该锅炉给水转化为蒸汽，同时将形成的水冷凝物分离出，并且在用于通过水蒸气将一氧化碳催化转化为氢气和二氧化碳的装置中进行处理，该设备包括以下部件：

(a)用于在该合成气与该含烃进料气之间进行热交换的热交换器，

(b)用于在该合成气与该脱气的锅炉给水之间进行热交换的热交换器，

(c)用于对锅炉给水脱气的装置，其包括给水容器，该给水容器具有存在于其中用于合成气与该锅炉给水之间的热交换的热交换器并且具有至少一个安装在该给水容器上并具有用于气液质量传递的内部构件的圆顶，例如无规填料元件床或规整填料床，通过该圆顶将该锅炉给水和/或从该合成气中分离出的冷凝物引入到该给水容器中，

(d)用于将该合成气与周围空气进行热交换的热交换器，

(e)用于从该合成气中分离冷凝物的冷凝物分离器，

(f)用于将该锅炉给水产生的锅炉给水供应至该脱气装置(c)的管道，该管道不属于该装置的一部分，其中该管道的布置方式为使该管道开放至该圆顶中，该圆顶用于将该要脱气的锅炉给水供应至该脱气装置的给水容器中，

(g)用于将该冷凝物从该冷凝物分离器(e)传输至该脱气装置(c)的管道，其中该管道铺设方式为使其开放至该圆顶，该圆顶用于将该冷凝物供应至该给水容器。

根据本发明，省去了在锅炉给水进入脱气装置之前通过与合成气进行热交换而对锅炉给水进行的预热，这根据现有技术是常规的。迄今为止为此目的要求省略热交换器节省了建筑高度。锅炉给水的预热现在通过与从给水容器中上升的水蒸气进行热交换而在脱气装置的进料圆顶中进行。根据现有技术，这种类型的预热仅对已经从合成气中分离出来并再循环到脱气装置中的冷凝物进行。为了引入现在额外需要的用于产生蒸汽的热能，安装在给水容器中的热交换器的面积相应地增加。此外，根据本发明，在合成气与锅炉给水之间进行热交换之后，不需要用于从合成气中分离冷凝物的冷凝物分离器。省略此冷凝物分离器同样节省了建筑物的高度。随后的空气冷却器(其中通过与周围空气的热交换将合成气冷却至约40℃)因此也必须冷却残留在合成气中的冷凝物并且因此必须加大。

具体实施方式

本发明的一个优选实施例的特征在于，锅炉给水和从合成气中分离出来的冷凝物各自通过单独的进料圆顶引入脱气装置的给水容器中。通过每个单独的圆顶的通量因此变小并且锅炉给水的预热得到改善。

工作实例

本发明的另外的特征、优点以及可能的用途可以从以下工作实例和附图的说明中得出。在此，所描述和/或所描绘的所有特征以本身或以任何组合构成本发明的主题，不论在权利要求或其回引中总结它们的方式如何。

下面借助于图1和2说明本发明的方法。附图示出：

图1现有技术的流程图，

图2本发明的说明性实施例的流程图。

图1：

通过锅炉给水的热交换和蒸发将合成气1冷却至360℃，以产生进料蒸汽和出口蒸汽(图1中未示出)并将其引入至热交换器2。在那里，它将热量传递到天然气流3，该天然气流作为进料气被送入蒸汽重整(未显示)。然后将合成气1输送通过热交换器4并以此方式加热已经在脱气装置5中脱气的锅炉给水6。存在于给水容器7中的锅炉给水通过热交换器8被合成气1加热。热交换器8的性能通过旁路9以及机械连接的阀10来调节。随后，新鲜锅炉给水12被合成气1预热。热交换器11的性能同样通过旁路13以及机械连接的阀14来调节。以这种方式将合成气1冷却至约90℃。由于合成气1处于升高的压力下，因此它可能在热交换器11中发生泄漏的情况下侵入锅炉给水管道，并且因此锅炉给水管道必须由安全阀16保护。安全阀16在被致动时将气体/水混合物17吹入火炬系统(未示出)。到在这一点上形成的冷凝物18在分离器19中被分离。在空气冷却器20中将合成气1进一步冷却至约40℃并且然后在分离器21中除去冷凝物22。排出合成气1以在过程外进行进一步处理。

新鲜的锅炉给水15以及冷凝物18和22通过进料圆顶23进料到脱气装置5中。从锅炉给水排出的气体24被排放到大气中。

图2

在本发明的该图示实施例中，使用具有两个进料圆顶23a和b的脱气装置5。使用两个圆顶，一个圆顶用于引入新鲜的锅炉给水12并且一个圆顶用于引入从合成气中分离出来的冷凝物22，这使得可以在引入的待脱气的液体与来自给水容器与该液体逆流的蒸汽之间产生更大的接触面积。根据本发明，新鲜锅炉给水12在被引入脱气装置5之前不通过与合成气1的热交换而被预热。合成气的加热仅通过热交换器8在给水容器7中发生。此处在合成气1中形成的冷凝物首先保留在气体中并与气体一起在空气冷却器20中冷却并且然后才分离出来并引入脱气装置5。省略用于预热新鲜锅炉给水12的热交换器11和冷凝物分离器19导致用于进行合成气冷却的装置的结构高度的减小。作为回报，必须将脱气装置5的热交换器8和空气冷却器20设计成具有更高的性能。

工业实用性

本发明允许较小的结构高度并因此在进一步冷却合成气的过程(如在工业中广泛使用的)中节省了建筑成本。因此，本发明是工业上实用的。

附图标记清单

1 合成气

2 热交换器

3 天然气

4 热交换器

5 脱气装置

6 锅炉给水，脱气的

7 给水容器

8 热交换器

9 旁路

10 阀门，机械连接的

11 热交换器

12 锅炉给水，新鲜的

13 旁路

14 阀门，机械连接的

15 锅炉给水，新鲜的，预热的

16 安全阀

17 气水混合物

18 冷凝物

19 冷凝物分离器

20 空气冷却器

21 冷凝物分离器

22 冷凝物

23a，b 进料圆顶

24 排出的气体

Claims (4)

1.一种用于冷却由含烃进料气的催化蒸汽重整产生的合成气的方法，该合成气已通过与锅炉给水进行热交换而冷却，以将该锅炉给水转化为蒸汽，同时将形成的水冷凝物分离出，并且在用于通过水蒸气将一氧化碳催化转化为氢气和二氧化碳的装置中进行处理，该方法包括以下处理步骤：

(a)将该合成气与该含烃进料气进行热交换，

(b)将该锅炉给水引入包含给水容器的脱气装置中，其中该锅炉给水在引入该脱气装置之前不通过与该合成气进行热交换而预热，该锅炉给水以与从该给水容器上升的水蒸气逆流流过安装在该给水容器上的圆顶进入该给水容器中以实现该锅炉给水的初步脱气并且将该水蒸气与从该锅炉给水中吸收的气体一起从该脱气装置和过程排出并进行进一步处理，

(c)将该合成气与已在该脱气装置中脱气的锅炉给水进行热交换，

(d)将至少一部分该合成气与在该脱气装置的给水容器中存在的锅炉给水进行热交换，

(e)将该合成气与周围空气进行热交换，

(f)从该合成气中分离出冷凝物，并将该冷凝物引入该脱气装置，其中使该冷凝物以与从该给水容器上升的水蒸气逆流流过安装在该给水容器上的圆顶进入到该给水容器中以进行初步脱气并且将该水蒸气与从该冷凝物中吸收的气体一起从该脱气装置和过程中排出用于进一步处理，

(g)进一步将该合成气输送到该过程外进行进一步处理。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，锅炉给水和该冷凝物各自通过单独的圆顶引入该脱气装置的给水容器中。

3.一种用于冷却由含烃进料气的催化蒸汽重整产生的合成气的设备，所述设备用于实现根据权利要求1或2所述的方法，其中该合成气已通过与锅炉给水进行热交换而冷却，以将该锅炉给水转化为蒸汽，同时将形成的水冷凝物分离出，并且在用于通过水蒸气将一氧化碳催化转化为氢气和二氧化碳的装置中进行处理，该设备包括以下部件：

(a)用于在该合成气与该含烃进料气之间进行热交换的热交换器，

(b)用于在该合成气与脱气的锅炉给水之间进行热交换的热交换器，

(c)用于对锅炉给水脱气的脱气装置，其包括给水容器，该给水容器具有存在于其中用于合成气与该锅炉给水之间的热交换的热交换器并且具有至少一个安装在该给水容器上并具有用于气液质量传递的内部构件的圆顶，通过该圆顶将该锅炉给水和/或从该合成气中分离出的冷凝物引入到该给水容器中，

(d)用于将该合成气与周围空气进行热交换的热交换器，

(e)用于从该合成气中分离冷凝物的冷凝物分离器，

(f)用于将该锅炉给水产生的锅炉给水供应至该脱气装置(c)的管道，该管道不属于该装置的一部分，其中该管道的布置方式为使该管道开放至该圆顶中，该圆顶用于将要脱气的锅炉给水供应至该脱气装置的给水容器中，

(g)用于将该冷凝物从该冷凝物分离器(e)传输至该脱气装置(c)的管道，其中该管道铺设方式为使其开放至该圆顶，该圆顶用于将该冷凝物供应至该给水容器。

4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，所述内部构件为无规填料元件床或规整填料床。

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