用于冷却合成气体的设备的制作方法

本实用新型涉及用于冷却合成气体的设备，通过含烃进给气体的催化蒸汽重整并通过随后的催化一氧化碳转化、通过分离所得到的含水冷凝物而生产合成气体，其中以合成气体通过若干串联的冷却阶段来执行冷却，其中冷却包括与进给气体的热交换，与已脱气的和未脱气的锅炉进给水进行的用于产生蒸汽重整需要的蒸汽的热交换以及与环境空气的热交换，并且其中在最后冷却阶段之后获得的冷凝物被从合成气体分离，且合成气体被排出用于进一步的处理。

背景技术：

借助于催化蒸汽重整生产包含氢气和一氧化碳的合成气体的工艺是已知的，并且例如在Ullmann的《Encyclopedia of Industrial Chemistry(第6版)》第15卷“Gas Production”第2章中被描述。进给气体(一种含烃气体，诸如例如天然气)和蒸汽在例如20至35bar的高压以及例如800至950℃的高温被传送通过填充有催化剂的外部加热的反应器管。进给气体被转化成富含氢气和一氧化碳的合成气体。这种反应器通常被称为SMR，并且该工艺被称为SMR工艺，即Steam-Methane-Reformer(蒸汽-甲烷-重整器)的缩写。为了工艺的经济性，非常重要的是在离开SMR的合成气体和进给气体之间进行相当有效的热交换。

在产生的合成气体已经离开SMR之后，合成气体通过与锅炉进给水的热交换被冷却。锅炉进给水由此被蒸发。蒸汽被用作SMR工艺的进给蒸汽，并且过量蒸汽作为所谓的出口蒸汽被排出，用于在SMR工艺外使用。当要产生专有地由氢气构成的合成气体作为SMR工艺的最后产物时，合成气体随后在用于催化转化的设备中被处理，在用于催化转化的设备中，一氧化碳与蒸汽被转化成氢气和二氧化碳。这一转化在上述Ullmann书卷中的382页中被描述。

根据本实用新型的设备涉及在至此描述的步骤之后对于合成气体的进一步冷却。

合成气体初始地通过与含烃进给气体的热交换被进一步冷却。随后，通过与已脱气的锅炉进给水的热交换，执行进一步冷却，已脱气的锅炉进给水随后被供给到蒸发器，然后通过加热锅炉进给水脱气设备，用于在将新鲜锅炉进给水引入到脱气设备中之前预加热新鲜锅炉进给水。通过加热锅炉进给水以纯物理方式执行脱气。随后，合成气体由空气冷却器冷却，且然后由用冷却水操作的冷却器几乎冷却至环境温度。在冷凝物分离器中，在先前冷却阶段中形成的冷凝物然后被从合成气体分离，并且合成气体被引导到进一步的处理。在工艺内，冷凝用于蒸汽产生。取决于冷凝物的纯度和出口蒸汽的纯度要求，冷凝物要么被保持与新鲜锅炉进给水分离，在单独的蒸发器中蒸发以获得进给蒸汽，要么被传送到锅炉进给水脱气设备中，并在锅炉进给水脱气设备处与新鲜锅炉进给水混合。

根据现有技术的该工艺的缺陷在于：冷凝物被从具有环境温度的合成气体分离，并且对应地为了蒸发必须消耗大量热能用于加热冷凝物。

技术实现要素：

因此，本实用新型目的是提供必须被消耗用于加热冷凝物的热能较少的设备。

这一目的由根据本实用新型的设备解决。

根据本实用新型的第一方面的用于冷却合成气体的设备包括串联的进给气体热交换器、已脱气锅炉进给水热交换器、未脱气锅炉进给水热交换器以及环境空气热交换器，其中所述未脱气锅炉进给水热交换器被连接到脱气器，并且所述脱气器被连接到所述已脱气锅炉进给水热交换器，并且其中最下游的一个所述热交换器被连接到一个冷凝物分离器，其特征在于至少在最下游的所述一个热交换器的上游的另一热交换器之后，安装另一冷凝物分离器。

从根据本实用新型的在最下游热交换器之前已被从合成气体分离的冷凝物的部分抽取的热能较少，并且对应地，加热该冷凝物的部分所需的热能也较少。

优选地，用于冷却所述合成气体的全部冷却水随后被用作锅炉进给水。被分离的热的冷凝物不被冷却。作为结果，能够省略根据现有技术使用的用冷却水操作用于将合成气体冷却至环境温度的热交换器。可行地，上游热交换器需要略作适应性修改。省略对不用作锅炉进给水且由此用来产生蒸汽的冷却水的使用是非常有利的，特别是在缺水地区中的设备场所中。另外，这避免了对冷却水路以及对泵和冷却塔的成本及空间需求。

本实用新型的第二方面的用于冷却合成气体的设备基于第一方面的用于冷却合成气体的设备，其特征在于从上游到下游依次连接：所述进给气体热交换器、所述已脱气锅炉进给水热交换器、所述环境空气热交换器与所述未脱气锅炉进给水热交换器。由于这一顺序，包含在合成气体中的热能被有效地传递到气体和水的进给流。

本实用新型的第三方面的用于冷却合成气体的设备基于第一方面的用于冷却合成气体的设备，其特征在于从上游到下游依次连接：所述进给气体热交换器、所述已脱气锅炉进给水热交换器、所述未脱气锅炉进给水热交换器与所述环境空气热交换器。由于这一顺序，包含在合成气体中的热能同样被有效地传递到气体和水的进给流。在设备的要规划和操作的个别情形中，冷却步骤的顺序能够被修改以适用于相应存在的边际条件。

优选地，在与所述环境空气的热交换之后，所述热的含水冷凝物被从所述合成气体分离。在这一点上，冷凝物被冷却至使得它能够在无太多技术耗费的情况下被再利用和泵送的程度。另外，在这一点上获得的冷凝物的量及它的温度高到足以在经济有利的程度上节约用于冷凝物的冷却和再加热的能量。

本实用新型的第四方面的用于冷却合成气体的设备基于上述方面中的任一方面的用于冷却合成气体的设备，其特征在于：所述一个冷凝物分离器和所述另一冷凝物分离器均被连接到所述脱气器。对于这一过程，要接受的是：总是污染冷凝物的杂质进入锅炉进给水中，且由此也进入产生的出口蒸汽中。这仅在允许使用出口蒸汽时是可能的。这一过程的优点在于：省略了仅来自冷凝物的单独蒸汽发生，因此节约了成本和空间。

本实用新型的第五方面的用于冷却合成气体的设备基于第三方面的用于冷却合成气体的设备，其特征在于：所述脱气器被附接有脱气器热交换器，所述脱气器热交换器连接所述已脱气锅炉进给水热交换器与所述未脱气锅炉进给水热交换器。在第五方面中，不仅在脱气前后通过合成气体加热锅炉进给水，而且在脱气期间也通过合成气体加热锅炉进给水。这是在脱气期间通过引入在工艺内部产生的蒸汽来加热锅炉进给水的替代例。

本实用新型的第六方面的用于冷却合成气体的设备基于第二方面的用于冷却合成气体的设备，其特征在于：所述脱气器被附接有脱气器热交换器，所述脱气器热交换器连接所述已脱气锅炉进给水热交换器与所述环境空气热交换器。在第六方面中，不仅在脱气前后通过合成气体加热锅炉进给水，而且在脱气期间也通过合成气体加热锅炉进给水。

优选的是：已脱气的锅炉进给水用于产生出口蒸汽和产生用于所述催化蒸汽重整的进给蒸汽的至少一部分，其中所述锅炉进给水通过与所述合成气体的热交换被预加热，且随后在也通过与所述合成气体的热交换被加热的蒸汽发生器中被蒸发。在很多情况下，合成气体供给的热能不足以加热蒸汽发生器。在很多情况下，加热蒸汽重整反应器(SMR)的燃烧器的废气的热能额外地用于此目的。

优选的是：通过所述工艺产生的冷凝物用作用于产生用于所述催化蒸汽重整的进给蒸汽的至少一部分的进给水，其中两种冷凝物都在预热器中被组合、加热，且随后在工艺冷凝物蒸发器中被蒸发。在很多情况下的蒸发器由从新鲜锅炉进给水在工艺内部产生的蒸汽加热。

示范实施例

根据对示范实施例和数值示例以及附图的以下说明，也能够获得本实用新型的进一步的特征、优点和可能应用。所说明和/或示出的全部特征自身或者以任何组合形成本实用新型的主题，而与它们列入权利要求中或者它们的背景文献无关。

附图说明

下面将参考附图中的图1至图3说明根据本实用新型的用于冷却合成气体的设备，其中：

图1示出了现有技术的用于冷却合成气体的设备，

图2和图3各示出了本实用新型的示范实施例的用于冷却合成气体的设备。

附图标记列表

1 合成气体

2 热交换器

3 天然气流

4 热交换器

5 热交换器

6 热交换器

7 锅炉进给水，新鲜

8 脱气器

9 被逐出的气体

10 空气冷却器

11 热交换器

12 冷却水

13 冷凝物分离器

14 冷凝物

15 冷凝物分离器

16 冷凝物

17 冷凝物流

18 带有阀的旁路

19 外部蒸汽管道

具体实施方式

图1：

合成气体1通过锅炉进给水到进给蒸汽和出口蒸汽(图1中未示出)的热交换和蒸发被冷却至360℃的温度，并被引入到热交换器2中。在该热交换器2处，该合成气体1对天然气流3放热，该天然气流3作为进给气体被供给到蒸汽重整部(未示出)。合成气体1然后被传送通过热交换器4、5和6，由此对从新鲜水产生的锅炉进给水7进行加热。用于加热脱气器8的热交换器5能够绕过旁路18。然后，能够经由外部蒸汽管道19用来自工艺外部源的蒸汽加热脱气器8。锅炉进给水7在脱气器8中以物理方式即通过加热被脱气。被逐出的气体9从脱气器8被排出，并被供给到进一步的处理(未示出)。在已脱气的锅炉进给水7已在热交换器4中被进一步加热之后，锅炉进给水7被供给到蒸发部(未示出)，在蒸发部中，锅炉进给水7被转化为用于蒸汽重整的进给蒸汽。合成气体1从热交换器6被供给到空气冷却器10，在该空气冷却器10中，合成气体1通过对环境空气放热而被进一步冷却。然后在热交换器11中，用冷却水12将合成气体1进一步冷却降至接近于环境温度(例如40℃)。合成气体1然后被传送通过冷凝物分离器13。从合成气体1分离的冷凝物14被供给到进一步的用途(未示出)。在很多情况下的进一步的用途在于如下事实：冷凝物14被用于产生用于蒸汽重整的进给蒸汽。

在冷凝物分离器13之后，合成气体1被供给到进一步的处理(未示出)。

图2：

图2示出了在所述合成气体在热交换器6中已被冷却至大约95℃之后借助于冷凝物分离器15从合成气体1进行根据本实用新型的附加的冷凝物分离。分离的冷凝物16同样具有95℃的温度。在冷凝物分离之后，在空气冷却器10中，合成气体1被冷却至接近于环境温度。随后，在这一最后冷却步骤中获得的冷凝物14在冷凝物分离器13中被从合成气体1分离。已经省略了用冷却水操作的热交换器。冷的冷凝物14流和热的冷凝物16流被组合，并作为冷凝物流17被供给到进给蒸汽的蒸发部(未示出)。

图3：

图3示出了根据本实用新型的合成气体的冷却的变体。与图2中的构造相比，仅最后两个冷却步骤的顺序被倒置，即在合成气体已经加热脱气器8之后，用空气冷却器10冷却合成气体，然后，在最后冷却步骤中，对仍未脱气的锅炉进给水进行热交换，这些锅炉进给水随后被供给到脱气器8。

在如图2或3中所示的本实用新型的具体方面中，也能够省略待冷却的合成气体在脱气器中与锅炉进给水的热交换(未示出)。这能够通过致动旁路18或者甚至通过省略热交换器5来执行。以这种方式，能够获得甚至更热的冷凝物，该冷凝物的热能能够甚至更好地被回收或者再利用。另外，在省略热交换器5时，减少了投资成本。

工业实用性

随着用于合成气体的进一步冷却的工艺在工业上被广泛使用，本实用新型引起对在用于合成气体的进一步冷却的该工艺中的能量及投资成本的节约。因此，本实用新型在工业上是适用的。