CN205917020U - 用于冷却含氢合成气体的设备 - Google Patents

Abstract

用于冷却含氢合成气体的设备。含氢合成气体已通过与锅炉给水热交换以使其转化为蒸汽而冷却，其中产生的含水冷凝液分离，其中为进一步冷却气体，设备包括多个串联连接的气体冷却器，冷却器均通过与进料气体、锅炉给水及可选择的环境空气进行热交换而进一步冷却合成气体，其中气体冷却器的至少一个包括竖直容器，至少一个分馏器安装在容器上部区域中，分馏器布置在容器中使得气流不能绕过分馏器，其中气体冷却器还包括：位于容器下部区域中的底部空间；位于底部空间和一个或多个分馏器之间的用于气体流进入到容器的壳体中的入口开口；位于底部空间的最深点处的用于收集在底部空间中的液体离开的开口；及位于回流冷凝器上方的用于气体流离开的开口。

Description

用于冷却含氢合成气体的设备

技术领域

本实用新型涉及一种用于冷却含氢合成气体的设备，该含氢合成气体已经通过与锅炉给水进行热交换以将所述锅炉给水转化为蒸汽而被冷却，其中产生的含水冷凝液已经被分离，其中为了气体的进一步冷却，该设备包括多个串联连接的气体冷却器，该多个串联连接的气体冷却器每一个通过与进料气体或锅炉给水进行热交换而进一步冷却合成气体。

本实用新型进一步涉及一种用于操作根据本实用新型的设备的方法。

背景技术

用于冷却在高温下产生的含氢合成气体的设备和工艺是众所周知的。通常采用的工艺被称之为含烃进料气体的催化蒸汽重整，其被记载在例如乌尔曼工业化学反应百科全书、第六版、第15卷、《气体生产》、第二章中。进料气体(含烃气体)，例如天然气和蒸汽，在升高的压力，如20到35巴，及高温，如800℃到950℃下经过填充有催化剂的外部加热反应堆管路。进料气体被转化为富含氢气和一氧化碳的合成气体。这种反应通常被称为SMR，并且该过程被称为SMR工艺，蒸汽甲烷重整的缩写。为了该工艺的经济性，十分重要的是，在冷却产生的合成气体期间，尽可能地采用用于加热进料气体和实施总的吸热重整反应的热能来加热含烃进料气体和产生蒸汽。

直接地在产生的合成气体已经离开SMR之后，其在第一热交换阶段被锅炉给水冷却。锅炉给水由此被蒸发。蒸汽被用作用于SMR工艺的进料蒸汽，并且多余的蒸汽作为所谓的输出蒸汽被排出，用于在SMR工艺外使用。当仅仅由氢气构成的合成气体要作为SMR工艺的终端产品产生时，该合成气体随后在设备中被处理用于催化转化，其中一氧化碳与蒸汽一同转化以获得氢气和二氧化碳。该反应被记载在前述乌尔曼反应丛书的第382页。

与本实用新型相关的设备和工艺涉及目前所描述的步骤之后的合成气体的进一步冷却。合成气体初始地通过与含氢进料气体进行热交换而被进一步冷却。随后，通过以下步骤实现进一步的冷却，即，与随后被供应至蒸发器的脱气锅炉给水进行热交换，然后加热锅炉给水脱气设备，以及在新鲜的锅炉给水引入到脱气设备中之前预热该新鲜的锅炉给水。脱气通过加热锅炉给水纯粹物理地实现。随后，合成气体可选地能够被空气冷却器和用冷却水来操作的冷却器冷却到接近环境温度。在冷凝液分离器中，在在先的冷却阶段中形成的冷凝液然后与合成气体中分离，且合成气体被引导到进一步处理。在该工艺内，冷凝液被用于蒸汽产生。该技术构思的缺点在于，为了冷凝液的分离，需要特殊的产生成本的装置，即冷凝液分离器。

这种设备被记载在欧洲专利申请EP 1 813 572 A2中。在该文献中，建议将设备和工艺设计为使多个换热器容纳在共同的壳体中，要被冷却的合成气体经过该壳体，其中换热器(至少一部分换热器)平行地安装在壳体中，使得相同的气流绕其流动。在该布置结构中，其缺点是，换热器没有被充注根据温度按次序分级的从换热器到换热器逐渐变冷的合成气体。从而，用于传递各自期望或要求的热量的换热器的最优设计和运行更难被提供。

本实用新型的目的是提供一种克服现有技术的缺点的设备和工艺。

实用新型内容

该目的基本上通过根据本实用新型的设备和根据本实用新型的工艺得到解决。

根据本实用新型的设备：

一种用于冷却含氢合成气体的设备，所述含氢合成气体已经通过与锅炉给水进行热交换以使所述锅炉给水转化为蒸汽而被冷却，其中产生的含水冷凝液已经被分离，其中为了所述气体的进一步冷却，所述设备包括多个串联连接的气体冷却器，所述多个串联连接的气体冷却器每个通过与进料气体或与锅炉给水进行热交换而用于进一步冷却所述合成气体，其特征在于，所述气体冷却器中的至少一个气体冷却器包括竖直容器，其中至少一个分馏器安装在所述容器的上部区域中，所述分馏器布置在所述容器中，使得气流不能绕过所述分馏器，其中，所述气体冷却器进一步包括：位于所述容器的下部区域中的底部空间；用于气体流进入到所述容器的壳体的入口开口，所述入口开口位于所述底部空间和所述一个或多个分馏器之间；位于所述底部空间的最深点处的、用于收集在所述底部空间中的液体离开的开口；以及位于所述分馏器上方的、用于所述气体流离开的开口。

根据本实用新型的工艺：

一种用于冷却含氢合成气体的设备，所述含氢合成气体已经通过与锅炉给水进行热交换以使锅炉给水转化为蒸汽而被冷却，其中产生的含水冷凝液已经被分离，该工艺包括如下步骤：

a)通过与脱气锅炉给水进行热交换而冷却，

b)通过在对锅炉给水进行脱气时与锅炉给水进行热交换而冷却，

c)借助于气体冷却器来冷却气体和分离气体中存在的冷凝液，所述气体冷却器包括竖直容器，至少一个分馏器安装在容器的上部区域中，所述分馏器布置在容器中使得它们不能够被气流旁通，其中气体冷却器进一步包括：位于容器的下部区域中的底部空间；用于气体流进入到容器的壳体中的入口开口，该入口开口位于底部空间和分馏器之间；位于底部空间的最深点处的、用于收集在底部空间中的液体离开的开口；以及位于分馏器上方的、用于气体流离开的开口，其中合成气体被引入到该气体冷却器中，流过分馏器并通过气体出口开口离开气体冷却器，以用于该工艺外侧的进一步处理，其中分馏器中的热交换每个在未脱气的锅炉给水和/或冷却水上实现，其中当流过气体冷却器时从气体分离的冷凝液聚集在气体冷却器的底部空间中，从底部空间排出并被供应至脱气，以用作锅炉给水。

由于作为分馏器的冷却合成气体所需的换热器中的至少一个在作为冷凝液分离器的容器中布置结构，因此节省了单独的冷凝液分离器和相应的花费与空间。

由于一个或多个分馏器被结合在也作为冷凝液分离器的容器中，使得它们每一个不能够被合成气体流旁通，对该一个或多个分馏器给出了干净的设计环境，这是因为合成气体不流过平行的多个分馏器，而是被迫一个接一个地流过分馏器。

本实用新型的优选方面

本实用新型的优选方面的特征在于，分馏器包括管束式换热器或板式换热器。在管束式换热器的情况下，换热器优选地在本实用新型中使用使得用于冷却的介质，如锅炉给水或冷却水，在管内流动。管束式换热器的优势主要在于，关于它们的设计和制造都已存在大量经验，以致于它们的应用非常可靠而且低成本。

在该情形中，板式换热器优选地被使用为使得冷却介质，如水，在板内流动。板式换热器的优势在于，也存在关于其应用的大量经验，且它们易于清洗。

本实用新型的另一个优选方面的特征在于，气体冷却器包括多于一个的分馏器，其中该多于一个的分馏器彼此叠置地布置，使得它们一个接一个地被合成气体经过。以这种方式，合成气体的多个冷却阶段容纳在一个设备中。这导致成本的节约和空间需求的降低。

本实用新型的另一个优选方面的特征在于，通过分馏器的热交换用锅炉给水和/或冷却水来实现。锅炉给水的使用具有这样的优势，即，它在工艺中被加热并且从合成气体移走的热不会流失到用于生产合成气体的工艺。

冷却水的使用具有这样的优势，即，它是一种辅助介质，而非工艺介质。因此，热交换和所使用的分馏器能够最优地设计成用于冷却合成气体，而不用考虑用于生产合成气体工艺的其它方面。本实用新型的另一个优选方面的特征在于，该设备进一步包括用环境空气来冷却合成气体的换热器。这能够增加用锅炉给水和/或冷却水实现的冷却。空气冷却的优势在于不需要向冷却器供应冷却介质的设备系统。

根据本实用新型的工艺的特殊方面的特征在于，含氢合成气体已经通过含烃进料气体的催化蒸汽重整而产生，且在通过与脱气锅炉给水进行热交换而冷却之前，通过与含烃进料气体进行热交换来实现冷却。

为了蒸汽重整工艺的经济性，重要的是，重整所需的锅炉给水至蒸汽的转化在尽可能少的技术和产能支出的情况下实现。这些条件给出了具有根据本实用新型的现有过程。

附图说明

本实用新型的进一步的特征、优势和可能应用还能够通过示例性实施例和数值示例的以下描述以及附图获知。所有描述和示意的特征本质上或以任意组合构成本实用新型的主题。

下面，将参照附图的图1和2解释根据本实用新型的工艺，其中：

图1为包括配备有分馏器的气体冷却器的根据本实用新型的设备的示例性构造的流程图，

图2为包括配备有两个分馏器的气体冷却器的根据本实用新型的设备的示例性构造的流程图。

具体实施方式

图1：

合成气体1通过锅炉给水至进料蒸汽和输出蒸汽(图1中未示出)的热交换和蒸发被冷却到360℃的温度，并且被引入到换热器2中。在换热器2处，其释放热到天然气流3，天然气流3作为进料气体被供应至蒸汽重整(图中未示出)。然后合成气体1经过换热器4和5以及气体冷却器6，从而加热由新鲜水产生的锅炉给水7。锅炉给水7初始地用作气体冷却器6的分馏器(dephlegmator)11中的冷却介质，并且通过与合成气体1进行热交换而被加热。然后，其在脱气器8中被物理脱气，即，通过加热而物理脱气。逐出气体9从脱气器8中排出，并且被供应至进一步处理(图中未示出)。在脱气的锅炉给水7已经在换热器4中被进一步加热之后，其被供应至蒸发操作(图中未示出)，其中，其被转化为用于蒸汽重整的进料蒸汽。合成气体1被从换热器4供应到空气冷却器10，在空气冷却器10中，合成气体1通过释放热到环境空气而进一步冷却。合成气体1在气体冷却器6中被冷却到接近环境温度，并且从设备排出以用于进一步处理。在气体冷却器6中从合成气体1分离的冷凝液12被混合到锅炉给水7中。

图2：

在图2示出的示例中，如图1中所示的空气冷却器10已经被安装在气体冷却器13中的第二分馏器14替代。分馏器11和14被安装在气体冷却器13中，使得合成气体1依次流过它们。分馏器14用冷却水15来操作，冷却水15例如经由冷却塔(未示出)循环。

工业应用

本实用新型代表已工业化应用的设备和工艺的替代和改进。改进包括在一个或多个换热器与冷凝液分离器在一个设备中的组合以及设备中的这里被称为分馏器的换热器的布置结构，使得迫使合成气体依次流过它们。

Claims (5)

1.一种用于冷却含氢合成气体的设备，所述含氢合成气体已经通过与锅炉给水进行热交换以使所述锅炉给水转化为蒸汽而被冷却，其中产生的含水冷凝液已经被分离，其中为了所述气体的进一步冷却，所述设备包括多个串联连接的气体冷却器，所述多个串联连接的气体冷却器每个通过与进料气体或与锅炉给水进行热交换而用于进一步冷却所述合成气体，其特征在于，所述气体冷却器中的至少一个气体冷却器包括竖直容器，其中一个或多个分馏器安装在所述容器的上部区域中，所述分馏器布置在所述容器中，使得气流不能绕过所述分馏器，其中，所述气体冷却器进一步包括：位于所述容器的下部区域中的底部空间；用于气体流进入到所述容器的壳体的入口开口，所述入口开口位于所述底部空间和所述一个或多个分馏器之间；位于所述底部空间的最深点处的、用于收集在所述底部空间中的液体离开的开口；以及位于所述分馏器上方的、用于所述气体流离开的开口。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述一个或多个分馏器每一个均包括管束式换热器或板式换热器。

3.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，当所述气体冷却器包括多于一个的分馏器时，所述多于一个的分馏器彼此叠置地布置，使得所述多于一个的分馏器依次被所述合成气体经过。

4.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，通过所述一个或多个分馏器，热交换均用锅炉给水或冷却水实现。

5.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述设备进一步包括用环境空气来冷却所述合成气体的换热器。