專利名稱：蒸汽發(fā)生裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本^^開內(nèi)容涉及使用改進(jìn)的蒸汽重整器產(chǎn)生蒸汽的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
重整氣態(tài)或液態(tài)烴燃料的已知方法是通過催化蒸汽重整。在該方法中， 在高溫下將蒸汽和烴燃料的混合物暴露于合適的催化劑中。所用催化劑通
常含有沉積在低二氧化硅難熔基底上的氧化鎳，而且該方法通常在約
700。C-約1000。C的溫度下進(jìn)行。催化劑通常放在爐內(nèi)的管中，反應(yīng)通過使 氣體通過該催化劑來進(jìn)行。甲烷或其他烴類在反應(yīng)管中與蒸汽反應(yīng)以形成
一氧化碳(CO) 、 二氧化碳(co2)和氫。
在曱烷或天然氣的重整方法(重整過程)的情況下，才艮據(jù)下列總反應(yīng)
在催化蒸汽重整過程中釋放出氫
CH4 + H20 — CO + 3H2
CO + H20 — C02 + H2 雖然第二個(gè)反應(yīng)是稍孩說熱的，但是第 一個(gè)反應(yīng)高度吸熱而且需要外部熱 源和蒸汽源。所需熱通常由精煉廠燃料氣、變壓吸附塔(PSA)吹掃氣體 和/或其他燃料氣體的燃燒提供。商用蒸汽重整器通常包括外部加熱、催化 劑填充的管子，通常具有60%或更4氐的熱效率。然而，某些蒸汽重整器具 有更高的效率。示例性的高效重整器由Davy Powergas生產(chǎn)和銷售。
另一種重整氣態(tài)或液態(tài)烴燃料的常規(guī)方法是部分氧化重整。在部分氧 化重整中，使烴燃料和含氧氣體的混合物在部分氧化室內(nèi)混在一起，并經(jīng) 受升高的溫度，優(yōu)選在催化劑存在下。所用催化劑通常是貴金屬或鎳，所 述高溫對(duì)于催化反應(yīng)而言通常是約700。C-約1200°C，對(duì)于非催化反應(yīng)而言 是約1200。C-約1700。C。在甲烷或天然氣的情況下，才艮據(jù)下列總反應(yīng)在部分氧化室中釋放出氫
CH4 + 1/2 02 — CO + 2H2 該反應(yīng)高度放熱，而且一旦開始就產(chǎn)生足夠的熱以自動(dòng)維持，并不需要外 部供熱或供應(yīng)蒸汽。該催化部分氧化重整技術(shù)比催化蒸汽重整技術(shù)簡(jiǎn)單， 但是沒有催化蒸汽重整那樣的熱效率。
重整烴燃料的另一種方法是自熱重整或"ATR"。自熱重整器采用蒸 汽重整和部分氧化重整的組合。來自部分氧化重整反應(yīng)的廢熱用于加熱熱 蒸汽重整反應(yīng)。自熱重整器在多數(shù)情況下可以比催化蒸汽重整器或催化部 分氧化重整器更有效率。使用甲烷或天然氣作為烴燃料，根據(jù)下列總反應(yīng) 釋放出氫
CH4 + yH20 + (l-y/2)02 — C02 + (2+y)H2，其中0<y<2 重整過程的最終產(chǎn)物通常稱作合成氣。來自上述不同重整方法的合成氣 (syngas)可以用于多種后續(xù)工藝中。例如，合成氣可以用于在催化劑存 在下使一氧化碳和氫結(jié)合形成曱醇的工藝中。
當(dāng)然，另外公知將各種工藝的熱用于工業(yè)設(shè)施中以產(chǎn)生蒸汽，從而為 該設(shè)施中的其他工藝發(fā)電。將來自包括用蒸汽重整器形成合成氣在內(nèi)的各 種工業(yè)過程的熱的廢氣和蒸汽用于發(fā)電的示例性系統(tǒng)在美國專利 6,619,041和5,066,325中有公開。
具有蒸汽重整器以產(chǎn)生一氧化碳和氫用于甲醇生產(chǎn)中的許多工業(yè)設(shè) 施，特別是在美國的設(shè)施，現(xiàn)在具有相對(duì)便宜的可用甲醇來源。對(duì)于這些 工業(yè)設(shè)施中許多的經(jīng)營者而言，從供應(yīng)商處購買甲醇和蒸汽重整器下游的 其他產(chǎn)品比由蒸汽重整器生成的合成氣生產(chǎn)甲醇等在經(jīng)濟(jì)上更有吸引力。
因此，存在一種以可以彌補(bǔ)與現(xiàn)有蒸汽重整器相關(guān)的巨大基建費(fèi)用的 方式利用這些系統(tǒng)，同時(shí)給該蒸汽重整器所處的設(shè)施提供益處的需要。在 這些類型的設(shè)施中，本文所述的系統(tǒng)和方法特別可用于為代表該設(shè)施固定 基建費(fèi)用的蒸汽重整器提供在經(jīng)濟(jì)上有吸引力的可供選擇的應(yīng)用。 發(fā)明概述
^/>開內(nèi)容涉及有效產(chǎn)生蒸汽用于各種工業(yè)過程的系統(tǒng)和方法。所述系統(tǒng)和方法通過改進(jìn)和/或改造包括至少一個(gè)現(xiàn)有蒸汽重整器的系統(tǒng)來提
供。在本發(fā)明的一個(gè)方面，產(chǎn)生蒸汽的方法包括以下步驟
(i) 向蒸汽重整器供應(yīng)第一料流， 其中所述第一料流包含基本上100wt。/。的水； 具有約185。C或更高的溫度；
約1150kPa或更大的壓力；以及 至少約50wt。/。的第一料流呈蒸汽形式；
其中所述蒸汽重整器包括與重整器出口流體連通的重整器入口 ，以及 布置在所述重整器入口與所述重整器出口之間并且與它們流體連通的至少 一根管子；和
其中所述至少一根管子與所述蒸汽重整器的爐熱連通；
(ii) 在所述至少 一根管子內(nèi)加熱至少 一部分的所述第 一料流，以產(chǎn)生 在約760。C或更高的溫度和1150kPa或更大的壓力下包含基本上100wt% 蒸汽的第二料流，以使所述第一料流的分子組成與第二料流的分子組成相 同；以及
(m)從所述蒸汽重整器的所述出口移出所述第二料流。
在本發(fā)明的另一方面，產(chǎn)生蒸汽的方法包括以下步驟 (i)向蒸汽重整器供應(yīng)第一料流， 其中所述第一料流包含基本上100wt。/。的水； 具有約450。C-約550。C的溫度； 約1150kPa-約4600kPa的壓力；以及 至少約80wt。/。的第一料流呈蒸汽形式；
其中所述蒸汽重整器包括與重整器出口流體連通的重整器入口 ，以及 布置在所述重整器入口與所述重整器出口之間并且與它們流體連通的多根 管子；
其中使惰性填充材料按照所述多根管子中的每一根形成所需尺寸并布 置，從而在所述第一料流中提供湍流，所述填充材料包括直徑約8mm-約 50mm的陶瓷球、圓柱體、鞍狀物、丸粒、天然石塊、天然礫石或其組合；以及其中所述管子與所述蒸汽重整器的爐熱連通；
(ii) 在所述至少 一根管子內(nèi)加熱至少 一部分的所述第 一料流，以產(chǎn)生 在約760。C或更高的溫度和1150kPa或更大的壓力下包含基本上100wt% 過熱蒸汽的第二料流，以使所述第一料流的分子組成與第二料流的分子組 成相同；以及
(iii) 從所述蒸汽重整器的所述出口移出所述第二料流。 在本發(fā)明的又一方面，產(chǎn)生蒸汽的方法包括以下步驟 向蒸汽重整器供應(yīng)第一料流，其中所述第一料流包含基本上100wt%
的水，具有約185。C或更高的溫度和約1150kPa或更大的壓力，其中至少 約80wt。/。的第一料流呈蒸汽形式；
在所述蒸汽重整器中加熱所述第 一料流以產(chǎn)生溫度高于所述第 一料流 的第二料流的手段，其中所述第一料流的分子組成與第二料流的分子組成 相同5和
從所述蒸汽重整器的出口移出所述第二料流的手段。
在本發(fā)明的另一方面，用于產(chǎn)生蒸汽的蒸汽重整器包括與重整器出口 流體連通的重整器入口 ，以及布置在所述重整器入口與所述重整器出口之 間并且與它們流體連通的多根管子；
其中使惰性填充材料按照所述多根管子中的每一根形成所需尺寸并布 置，以在第一料流中提供湍流，所述填充材料包括直徑約8mm-約50mm 的陶瓷球、圓柱體、鞍狀物、丸粒、天然石塊、天然礫石或其組合；以及
其中所述管子與所述蒸汽重整器的爐熱連通。
所述系統(tǒng)和方法特別適用于在以下設(shè)施中產(chǎn)生蒸汽，這些設(shè)施出于諸 如甲醇生產(chǎn)的目的而具有以前用于產(chǎn)生合成氣的蒸汽重整器，而且對(duì)這種 合成氣的需要不再存在或者減少。 附圖簡(jiǎn)要說明
圖l是常規(guī)重整器系統(tǒng)裝置體系的示意圖。
圖2是本文所述的重整器系統(tǒng)裝置體系的一種實(shí)施方案的示意圖。 圖3是本文所述的重整器系統(tǒng)裝置體系的一種實(shí)施方案的示意圖。詳細(xì)的^^開內(nèi)容
本公開內(nèi)容涉及有效產(chǎn)生蒸汽用于各種工業(yè)過程的系統(tǒng)和方法。本文 所述的系統(tǒng)和方法利用為合成氣生產(chǎn)所設(shè)計(jì)的蒸汽重整器以產(chǎn)生用于各種 目的的蒸汽。 一般而言，蒸汽重整器的建造和維護(hù)非常昂貴。因此，存在 一般不那么昂貴的替代方案可用于蒸汽一般生產(chǎn)用的工業(yè)設(shè)施中。然而， 在現(xiàn)有蒸汽重整器的使用對(duì)于合成氣生產(chǎn)不再必須的設(shè)施中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這 種蒸汽重整器可以提供大量蒸汽的有效發(fā)生器。因此，本文所述的系統(tǒng)和 方法對(duì)包括至少一種現(xiàn)有蒸汽重整器的系統(tǒng)進(jìn)行在經(jīng)濟(jì)上有吸引力的改進(jìn) 或改造，從而產(chǎn)生蒸汽用于各種工業(yè)應(yīng)用。
才艮據(jù)本發(fā)明適合使用的蒸汽重整器的類型包括管式重整器、自熱重整 器、絕熱重整器、循環(huán)重整器等。這些重整器之間的主要區(qū)別在于對(duì)吸熱 重整反應(yīng)供應(yīng)熱的方式。在管式重整器中，通過圓柱壁向催化劑材料供應(yīng)
熱(例如參見美國專利4，098，589)。在自熱重整器中，直接通過進(jìn)入重整 器的加熱過的氣體向催化劑床供應(yīng)熱(例如參見美國專利3,976,507)。在 循環(huán)重整器中，同時(shí)操作多個(gè)重整器，其中一組重整器在燃燒階段(使燃 料與空氣反應(yīng))操作以提供氫氣生成階段所必需的熱，而另一組重整器在 氫氣生成階段(使烴與蒸汽反應(yīng))操作，并且當(dāng)氫氣生成階段的重整器的 溫度降至維持氫氣產(chǎn)生所必需的溫度以下時(shí)，進(jìn)行階段切換(例如參見美 國專利4，293，315)。在絕熱重整器中，將常規(guī)換熱器用來在送入蒸汽重整 器之前向蒸汽和烴供應(yīng)必需的熱。 一般而言，合適的蒸汽重整器僅需要包 括與重整器出口流體連通的重整器入口 ，以及布置在該重整器入口與重整 器出口之間并且與它們流體連通的一根或多根管子。該一根或多根管子優(yōu)
選與爐子或向蒸汽重整器供應(yīng)熱的其他來源熱連通。因此，該一才艮或多祁^ 管子往往位于蒸汽重整器的燃燒室中。出于本文的目的，該一根或多根管 子一般用來表示重整段，以前在其中該蒸汽重整器的原料與催化劑在熱的 存在下接觸以進(jìn)行進(jìn)料轉(zhuǎn)化成產(chǎn)物的重整過程。因此，所述一根或多根管 子并不必限于具有圓形截面的管子，而是包括各種結(jié)構(gòu)和表面布置中的任 一種，在其中蒸汽重整器的進(jìn)料被轉(zhuǎn)化成合成氣或者與典型的蒸汽重整器操作一致的其他產(chǎn)物。
在本文所述的系統(tǒng)和方法中，向蒸汽重整器的入口供應(yīng)第一料流，接 著將其在該蒸汽重整器中加熱以產(chǎn)生笫二料流。優(yōu)選地，第一料流在約
185。C-約35(TC的溫度和約1150kPa-約4600kPa的壓力下供給蒸汽重整器。 該第一料流可以包含基本上100wto/。的水，而且可以包含至少50wt%、優(yōu) 選至少80wt。/。蒸汽，其中第一料流的任何其余部分包括游離的(液態(tài))水。
這與引導(dǎo)至常規(guī)蒸汽重整器的料流相反，后一種料流可能含有約74% 至約77wt。/。蒸汽形式的水。當(dāng)然，常規(guī)重整器料流中的一些蒸汽在重整器 內(nèi)烴料流的轉(zhuǎn)化中被消耗掉。然而， 一般地離開合成氣生產(chǎn)中操作的蒸汽 重整器的料流含有約45wt。/。-約53wt。/。的過量蒸汽。該蒸汽通常在后面的 純化步驟中從蒸汽重整器所產(chǎn)生的合成氣中回收。
在本文所述的系統(tǒng)和方法中，重整器裝置用于將約185。C-約350。C的 溫度和約1，150kPa-約4，600kPa的壓力下含有基本上100wt。/。的水，其中 約80wt。/。-約100wty。的水呈蒸汽形式，且任何非蒸汽部分包括游離水的第 一料流轉(zhuǎn)化成在約760。C-約900。C的溫度和約1，150kPa-約4，600kPa的壓 力下包含基本上100wt。/。蒸汽的第二料流。當(dāng)然，第一料流和第二產(chǎn)物流 的更高溫度和壓力都在本發(fā)明范圍內(nèi)，這取決于在特定蒸汽重整器操作的 環(huán)境下的系統(tǒng)要求。
本文所述的使用蒸汽重整器用于一般蒸汽產(chǎn)生可以提供與常規(guī)系統(tǒng)例 如鍋爐等相比更有效的蒸汽產(chǎn)生。蒸汽產(chǎn)生效率才艮據(jù)實(shí)際蒸汽產(chǎn)生量與在 供給蒸汽重整器的熱的產(chǎn)生中所用燃料源的理論上可能產(chǎn)生的熱量的比例 來確定。所述方法是本領(lǐng)域7>知的。當(dāng)然，根據(jù)本發(fā)明的蒸汽產(chǎn)生效率將 取決于特定蒸汽重整器的設(shè)計(jì)。然而，根據(jù)本發(fā)明的蒸汽重整器優(yōu)選以至 少60%,優(yōu)選至少70%、優(yōu)選至少80%、更優(yōu)選至少約83%的效率產(chǎn)生 蒸汽。然而，常規(guī)的蒸汽產(chǎn)生系統(tǒng)例如燃?xì)忮仩t通常以小于約83%的效率 產(chǎn)生蒸汽。
出乎意料地已發(fā)現(xiàn)，通常的蒸汽重整器的對(duì)流熱回收段相對(duì)用于蒸汽 產(chǎn)生的常規(guī)鍋爐而言一般尺寸過大。據(jù)信蒸汽重整器的該性質(zhì)使得與常規(guī)蒸汽產(chǎn)生系統(tǒng)相比具有提高的熱效率。
然而，即使現(xiàn)有的蒸汽重整器裝置不能以高效率產(chǎn)生蒸汽，本發(fā)明仍 是可行的替代方案，因?yàn)槿绫疚乃龈脑旌?或操作的這種裝置可以在低于 擴(kuò)大或建造蒸汽產(chǎn)生設(shè)施的基建費(fèi)用下提供可靠的蒸汽來源。
在本發(fā)明的一種實(shí)施方案中，產(chǎn)生蒸汽的方法包括以下步驟
(i) 向蒸汽重整器供應(yīng)第一料流，
其中所述第一料流包含基本上100wt。/。的水；具有約185。C-約350'C 的溫度；約1150kPa-約4600kPa的壓力；以及至少約80wt^/。的第一料流
呈蒸汽形式；
其中所述蒸汽重整器包括與重整器出口流體連通的重整器入口 ，以及 布置在所述重整器入口與所述重整器出口之間并且與它們流體連通的至少 一才艮管子；和
其中所述至少一;f艮管子與所述蒸汽重整器的爐熱連通；
(ii) 在所述至少一根管子內(nèi)加熱至少一部分的所述第一料流，以產(chǎn)生 在約760。C-約卯0。C的溫度和1150kPa-約4600kPa的壓力下包含基本上 100wt。/o蒸汽的第二料流；以及
(iii) 從所述蒸汽重整器的出口移出所述第二料流。
現(xiàn)有技術(shù)

圖1提供作為蒸汽重整器系統(tǒng)構(gòu)成部分的常規(guī)蒸汽重整器裝 置的示意圖。常規(guī)的蒸汽重整器2通?？梢园ㄅc一根或多根催化劑填充 管4熱連通的燃燒室或爐3，蒸汽和烴氣體的混合物可以從重整器入口 9 通過管4導(dǎo)向重整器出口 11。燃料氣體源6提供維持爐3的能量，因而重 整器2的溫度為約900。C-約1，050。C。在所示的實(shí)施方案中，向重整器2 提供燃燒空氣源8以向爐3供氧。
在通常操作中，將烴氣流10例如甲烷燃料氣流在裝置例如加濕器14 中與含有蒸汽和/或過量水的水流12混合并被其加熱。然后將混合物作為 混合料流16從加濕器14中移出。接著通常在混合料流16通過換熱器/管 道18時(shí)將其預(yù)熱，而換熱器/管道18可以位于爐3所產(chǎn)生的蒸汽重整器2 的廢氣20中。將混合料流16加熱以產(chǎn)生預(yù)熱料流22。預(yù)熱料流22中蒸汽(即H20)與碳的摩爾比通常是2.6-3.2。因此，存在于預(yù)熱料流22中 的水基于混合料流16的總重量通常是74wt%-77wt%。然后可以將預(yù)熱料 流22引導(dǎo)通過重整器入口 9和催化劑填充管4，在管4中混合料流16在 重整器2內(nèi)被加熱并且進(jìn)行上述重整反應(yīng)以產(chǎn)生合成氣。
因此，在通常的蒸汽重整器操作中，在催化劑填充管4內(nèi)，預(yù)熱料流 22輸送的曱烷、少量其他烴以及7jC根據(jù)上述式轉(zhuǎn)化成一氧化碳、二氧化碳
和氫，從而產(chǎn)生含有過量蒸汽的濕合成氣流24。然后可以通過常規(guī)手段， 通常通過將蒸汽作為水冷凝出^水循環(huán)料流26中而從濕合成氣流24中 回收過量蒸汽。水循環(huán)料流26可以接著再用于重整器過程或其他過程中 (例如循環(huán)回水流12中)。所得的濃合成氣28可以接著用于如上所述的 各種工藝中，包括甲醇生產(chǎn)。
圖2提供根據(jù)本發(fā)明的改進(jìn)蒸汽重整器的一種實(shí)施方案的示意圖。本 文所述系統(tǒng)和方法中所包括的如圖1所示的常規(guī)合成氣生產(chǎn)蒸汽重整器裝 置已經(jīng)被改進(jìn)或改變用于產(chǎn)生蒸汽而不是合成氣和過量蒸汽。
在所示的實(shí)施方案中，所示改進(jìn)過的重整器40具有與一根或多根、通 常是多根管子42熱連通的燃燒室或爐43。燃料氣體來源44和燃燒空氣來 源46在爐43內(nèi)被消耗以提供將改進(jìn)過的重整器40保持在至少約850。C、 更優(yōu)選約850。C-約95(TC下的溫度的能量(熱)。將包含至多約20wt。/。游 離水和約80wt。/o-約100wt。/o蒸汽、溫度約185。C-約350。C以及壓力約 1，025kPa-約2，170kPa的進(jìn)料流48供給改進(jìn)過的蒸汽重整器40的入口 49。 如圖2所示，可以使*流48在通過換熱器和管道50時(shí)進(jìn)行預(yù)熱以產(chǎn)生 預(yù)熱料流54，而換熱器和管道50位于改進(jìn)過的重整器40的熱廢氣出口 52 中。預(yù)熱料流54優(yōu)選在約450。C-約550。C的溫度和約1,825kPa-約2，170kPa 的壓力下。
水流56也可以向預(yù)熱料流54提供水以產(chǎn)生第一料流58。在一種實(shí)施 方案中，水流56向預(yù)熱料流54提供足以在第一料流58中產(chǎn)生至多20wt% 游離水的量的水。優(yōu)選地，由水流56提供的水量可以是等于或小于在第一 料流58中提供20wt。/。游離水所需量的任意量。在某些實(shí)施方案中，由水流56提供的水量是足以產(chǎn)生飽和狀態(tài)下的第 一料流58的量。在其它實(shí)施方案中，由水流56提供的水量;UL以提供具 有約lwt。/。-約20wt。/。游離水的第一料流58的量。在另外的實(shí)施方案中， 由水流56提供的水量;iA以提供具有約5wt。/。-約15wt。/。游離水的第一料 流58的量。在另外的實(shí)施方案中，由水流56提供的水量AA以提供具有 約5wt。/。-約10wt。/。游離水的第一料流58的量。
供給重整器入口 49的第一料流58優(yōu)選具有185。C以上的溫度，優(yōu)選 第一料流58具有約185。C-約550。C的溫度，更優(yōu)選第一料流58具有約 450。C-約550。C的溫度。
第一料流58優(yōu)選具有至少約1150kPa的壓力，優(yōu)選第一料流58具有 約1150kPa-約4600kPa的壓力，更優(yōu)選約1，825kPa-約2，170kPa的壓力。
然后將至少一部分的第一料流58、優(yōu)選全部的第一料流58引導(dǎo)通過 重整器入口 49、通過多根管子42，然后通過重整器出口 51從改進(jìn)過的重 整器40中移出。在本文所述的方法和系統(tǒng)中，改進(jìn)過的重整器40中的管 子42為第一料流58提供停留空間以吸收改進(jìn)過的重整器40的爐43中產(chǎn) 生的熱能，從而產(chǎn)生包含約100wt。/。蒸汽形式的、優(yōu)選過熱蒸汽形式的水 的第二料流60，其通過重整器出口 51離開改進(jìn)過的重整器40。
在優(yōu)選的實(shí)施方案中，基本上所有的第二料流60都是過熱蒸汽。優(yōu)選 地，第二料流60具有至少約760°C、優(yōu)選約760。C-約卯0。C的溫度和至少 約1150kPa、更優(yōu)選約1，150kPa-約4，600kPa的壓力。
管子42需要與熱源熱連通。因此，管子42需要由導(dǎo)熱性材料構(gòu)成。 管子42優(yōu)選由抑制腐蝕和提供有效傳熱的鐵合金(鋼)、優(yōu)選所謂的高溫 合金構(gòu)成。在一種實(shí)施方案中，管子42可以包括耐熱合金，優(yōu)選可購自 Doncasters Ltd, Melbourne的Paralloy等。
在一種實(shí)施方案中，管子42不提供催化反應(yīng)。因此，第一料流58的 分子組成與第二料流60的分子組成相同。用改進(jìn)過的蒸汽重整器40進(jìn)行 的唯一過程是溫度的升高和/或從液態(tài)水到蒸汽的相變。
在另一實(shí)施方案中，管子42可以包含填充材料45，當(dāng)?shù)谝涣狭?8在管子42內(nèi)加熱時(shí)填充材料45在它之中提供湍流。因此，填充材料45可以 包括任何改善爐43 (因而是管子42)與第一料流58之間的傳熱的材料。 在一種實(shí)施方案中，填充材料45可以包括常規(guī)的重整器催化劑。填充材料 45因而可以在管子42內(nèi)提供確保第一料流58混合以及均勻加熱的流動(dòng)特 性。管子42也可以改進(jìn)以增加表面積，提供湍流等，從而提高爐43與第 一料流58之間的傳熱效率。
在另一實(shí)施方案中，填充材料45可以包括安置并排列在管子42中以 提供湍流，從而確保向第一料流58均勻傳熱的惰性材料顆粒。在一種實(shí)施 方案中，填充材料可以包括陶瓷球、圓柱體、鞍狀物、丸粒等，包括可從 Norton Chemical Product Division購得的名稱為Denstone的那些。
填充材料45優(yōu)選包括直徑約8mm-約50mm的球或丸粒。在另一實(shí)施 方案中，管子42可以含有包括天然石塊或礫、石的填充材料45。
在通過重整器出口 51離開改進(jìn)過的重整器40之后，第二料流60可以 接著用于為工業(yè)復(fù)合系統(tǒng)中的各種應(yīng)用提供蒸汽和熱量來源。
在圖2所示的實(shí)施方案中，所示第二料流60被引導(dǎo)至換熱器62，在 此使第二料流60的一部分能量值轉(zhuǎn)移到公用料流64，公用料流64可以是 溫度約90。C-約300。C和壓力約1，825kPa-約4，600kPa的鍋爐給水料流。然 后可以將公用料流64引導(dǎo)至位于改進(jìn)過的重整器40的廢氣52內(nèi)的另 一換 熱器66，從而進(jìn)一步提高公用料流64的溫度。最后，可以將公用料流64 接著引導(dǎo)至料流分離裝置68，在其中可以將公用料流64與補(bǔ)充水合并以 產(chǎn)生進(jìn)料流48。這樣4故時(shí)，至少一部分由第二料流60提供的熱可以循環(huán) 回改進(jìn)過的重整器40。
還如圖2中所示的，在離開換熱器62后，料流60變成優(yōu)選具有約 225。C-約350。C的溫度和約1150kPa-約2170kPa的壓力的第三料流70，其 具有足夠的熱含量以有效用作該重整器所處的工業(yè)復(fù)合系統(tǒng)中各種應(yīng)用的 蒸汽來源。在一種實(shí)施方案中，將料流70整個(gè)或部分地用作設(shè)施蒸汽系統(tǒng) 供給源。
圖3所示的實(shí)施方案提供本文所述系統(tǒng)和方法的另一實(shí)施方案的示意圖，其中圖1中的常規(guī)合成氣生產(chǎn)重整器裝置被改建用于產(chǎn)生蒸汽。
與圖2相似，可以使第二料流60途經(jīng)換熱器62，然后可以使第三料 流70途經(jīng)另 一換熱器72以將更多熱傳遞給可以是鍋爐給水料流的公用水 流64。換熱器72可以是潛熱換熱器、冷凝換熱器等，而不是如換熱器62 中可以發(fā)現(xiàn)的顯熱傳熱機(jī)構(gòu)。離開換熱器72的未冷凝的最后蒸汽76可能 仍然具有足夠的熱含量而有效用作該重整器所處的工業(yè)復(fù)合系統(tǒng)中各種應(yīng) 用的蒸汽來源。在一種實(shí)施方案中，將最后的料流76整個(gè)或部分地用作設(shè) 施蒸汽系統(tǒng)供給源。
圖2所示設(shè)計(jì)的建模采用與1978年左右的設(shè)計(jì)一致的標(biāo)準(zhǔn)"Davey Reformer"來進(jìn)行。該建模表明使用291百萬BTU/小時(shí)重整器可以產(chǎn)生 275。C下的77，000kg/hr-113，000kg/hr的1,825kPa蒸汽。所需的熱量輸入測(cè) 定為約60MW-88MW。其他大小的重整器在相似的定額熱量輸入下具有成 比例的輸出。
就本文所述的各種范圍而言，任何列舉的上限當(dāng)然可以與選定子范圍 的任何下限組合。
盡管已經(jīng)詳細(xì)描述了多種實(shí)施方案及其優(yōu)點(diǎn)，但pUl當(dāng)理解在不脫離 由所附權(quán)利要求書限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以做出各種改 變、替代和變更。
權(quán)利要求
1.一種產(chǎn)生蒸汽的方法，其包括(i)向蒸汽重整器供應(yīng)第一料流，其中第一料流包含基本上100wt％的水；具有約185℃或更高的溫度；約1150kPa或更大的壓力；以及至少約50wt％的第一料流呈蒸汽形式；其中所述蒸汽重整器包括與重整器出口流體連通的重整器入口，以及布置在所述重整器入口與所述重整器出口之間并且與它們流體連通的至少一根管子；和其中所述至少一根管子與所述蒸汽重整器的爐熱連通；(ii)在所述至少一根管子內(nèi)加熱至少一部分的第一料流，以產(chǎn)生在約760℃或更高的溫度和1150kPa或更大的壓力下包含基本上100wt％蒸汽的第二料流，以使所述第一料流的分子組成與第二料流的分子組成相同；以及(iii)從所述蒸汽重整器的出口移出第二料流。
2. 權(quán)利要求l的方法，其中所述至少一根管子包含paralloy。
3. 權(quán)利要求1或2的方法，其中所述至少一根管子包括多根管子。
4. 上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其中根據(jù)所述至少一根管子使惰 性填充材料形成所需尺寸并且布置，以在所述第一料流中提供湍流。
5. 權(quán)利要求4的方法，其中所述填充材料包括常規(guī)的重整器催化劑。
6. 權(quán)利要求4-5的方法，其中所述填充材料包括惰性材料顆粒。
7. 權(quán)利要求4-6中任一項(xiàng)的方法，其中所述填充材料包括陶瓷球、 圓柱體、鞍狀物、丸?；蚱浣M合。
8. 權(quán)利要求4-7中任一項(xiàng)的方法，其中所述填充材料包括直徑約 8mm-約50mm的球或丸津立。
9. 權(quán)利要求4-8中任一項(xiàng)的方法，其中所述填充材料包括天然石塊、 礫、石或其組合。
10. 上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其中所述第一料流在約185。C或更高約230'C的溫度和1150kPa-約2170kPa的壓力下包含約Owt。/o-約 20wt%由蒸汽攜帶的游離水。
11. 上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其中所述第一料流包含約20wt% 或更少的游離水。
12. 上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其中所述第一料流包含約 5-15wt。/。游離水。
13. 上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其中所述笫一料流包含約5-約 10wt。/。游離水。
14. 上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其中所述第一料流在約185°C-約550'C的溫度下。
15. 上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其中所述第一料流在約450'C-約550。C的溫度下。
16. 上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其中所迷第一料流在約1150kPa-約4600kPa的壓力下。
17. 上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其中所述第一料流在約1150kPa-約2170kPa的壓力下。
18. 上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其中所述第二料流基本上由過熱 蒸汽組成。
19. 上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其中所述第二料流在約760°C-約90(TC的溫度和1150kPa-約4600kPa的壓力下。
20. 上迷權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其中在將第一料流提供給所述蒸 汽重整器之前用來自蒸汽重整器爐的廢氣加熱第一料流。
21. 上述4又利要求中任一項(xiàng)的方法，其中在所述蒸汽重整器中加熱第 一料流，以至少80%的效率產(chǎn)生第二料流。
22. 上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，還包括在從所述蒸汽重整器中移 出第二料流之后，在換熱器中將第二料流冷卻至約200。C-約320。C的溫度 的步驟。
23. 權(quán)利要求22的方法，其中在所述換熱器中用鍋爐給水冷卻第二料流。
24. —種產(chǎn)生蒸汽的方法，其包括 (i)向蒸汽重整器供應(yīng)第一料流，其中第一料流包含基本上100wt。/。的水；具有約450。C-約550。C的溫 度；約1150kPa-約4600kPa的壓力；以及至少約80wt。/。的第一料流呈蒸 汽形式；其中所述蒸汽重整器包括與重整器出口流體連通的重整器入口 ，以及 布置在所述重整器入口與所述重整器出口之間并且與它們流體連通的多根 管子；其中根據(jù)所述多根管子中的每一根使惰性填充材料形成所需尺寸并且布置，以在第一料流中提供湍流，所述填充材料包括直徑約8mm-約50mm 的陶瓷球、圓柱體、鞍狀物、丸粒、天然石塊、天然礫石或其組合；以及 其中所述管子與所述蒸汽重整器的爐熱連通；(ii)在所述至少一根管子內(nèi)加熱至少一部分的第一料流，以產(chǎn)生在約 760。C或更高的溫度和1150kPa或更大的壓力下包含基本上100wt。/。過熱蒸 汽的第二料流，以使所述第一料流的分子組成與第二料流的分子組成相同； 以及(iii)從所述蒸汽重整器的所述出口移出所述第二料流。
25. —種產(chǎn)生蒸汽的系統(tǒng)，其包括向蒸汽重整器供應(yīng)第一料流，其中所述第一料流包含基本上100wt% 的水；具有約185。C或更高的溫度和約1150kPa或更大的壓力，其中至少 約80wt。/。的第一料流呈蒸汽形式；在所述蒸汽重整器中加熱所述第一料流以產(chǎn)生溫度高于所述第一料流 的第二料流的裝置，其中所述第一料流的分子組成與第二料流的分子組成 相同；和從所述蒸汽重整器的出口移出所述第二料流的裝置。
26. —種用于產(chǎn)生蒸汽的蒸汽重整器，其包括與重整器出口流體連通 的重整器入口 ，以及布置在所述重整器入口與所述重整器出口之間并且與它們流體連通的多根管子；其中根據(jù)所述多根管子中的每一根使惰性填充材料形成所需尺寸并且 布置，從而在第一料流中提供湍流，所述填充材料包括直徑約8mm-約 50mm的陶資球、圓柱體、鞍狀物、丸粒、天然石塊、天然礫石或其組合； 以及其中所述管子與所述蒸汽重整器的爐熱連通。
全文摘要
本文提供一種產(chǎn)生蒸汽的方法，包括向蒸汽重整器(40)供給第一料流(58)，以產(chǎn)生包含基本上100％蒸汽的第二料流(60)，以使第一料流(58)的分子組成與第二料流(60)的分子組成相同，其中蒸汽重整器(40)包括與重整器出口(51)流體連通的重整器入口(49)，以及布置在重整器入口(49)與重整器出口(51)之間并且與它們流體連通的至少一根管子(42)；其中至少一根管子(42)與蒸汽重整器(40)的爐(43)熱連通。還公開了一種用于產(chǎn)生蒸汽的蒸汽重整器。
文檔編號(hào)F22B13/00GK101321989SQ200680045012
公開日2008年12月10日 申請(qǐng)日期2006年10月5日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月1日
發(fā)明者M·I·錢伯斯, R·E·韋德, T·A·馬歇爾 申請(qǐng)人:塞拉尼斯國際公司