發(fā)明背景

通過催化蒸汽-烴重整生產(chǎn)氫氣是一種能量密集的方法。為了改進所述方法的能量效率，在催化蒸汽-烴重整器中形成的重整產(chǎn)品通過一系列換熱器以回收熱。重整產(chǎn)品(reformate)可用于加熱多種物流，例如鍋爐進水、烴原料、進入重整爐的空氣和進入重整爐的燃料。

因為在催化蒸汽-烴重整方法的換熱網(wǎng)絡(luò)中的整體緊要之處(global pinch)為重整產(chǎn)品的露點，所以使用串聯(lián)的換熱器對從重整產(chǎn)品中高效回收熱造成約束且可由于換熱器的所需尺寸而增加設(shè)備成本。

工業(yè)上期望以改進的能量效率生產(chǎn)氫氣。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

存在如下文概述的本發(fā)明的若干方面。在下文中，下文概述本發(fā)明的具體方面。位于括號中的參考數(shù)字和表述是指下文參考附圖進一步解釋的例示性實施方案。然而，這些參考數(shù)字和表述僅為說明性的且并不將這些方面限于例示性實施方案的任何具體部件或特征。這些方面可撰寫成權(quán)利要求，其中位于括號中的參考數(shù)字和表述視情況而省略或由其他替代。

方面1. 生產(chǎn)氫產(chǎn)物氣體(105)的方法，所述方法包括：

(a) 從變換反應(yīng)器(60)中取出重整產(chǎn)品(25)；

(b) 通過與來自所述變換反應(yīng)器的重整產(chǎn)品或其第一分開部分間接熱傳遞加熱水冷凝物(97)，在由所述重整產(chǎn)品或第一分開部分加熱時，所述水冷凝物(97)從較低溫度T_WC,較低加熱到較高溫度T_WC,較高，且在加熱所述水冷凝物(97)時，所述重整產(chǎn)品或第一分開部分從較高溫度T_1,較高冷卻到較低溫度T_1,較低；

(c) 通過與來自所述變換反應(yīng)器的重整產(chǎn)品或其第二分開部分間接熱傳遞加熱鍋爐進水(86)，在由所述重整產(chǎn)品或第二分開部分加熱時，所述鍋爐進水(86)從較低溫度T_BFW,較低加熱到較高溫度T_BFW,較高，且在加熱所述鍋爐進水(86)時，所述重整產(chǎn)品或第二分開部分從較高溫度T_2,較高冷卻到較低溫度T_2,較低；其中

T_WC,較低、T_BFW,較低、T_1,較低和T_2,較低小于從所述變換反應(yīng)器(60)取出的重整產(chǎn)品(25)的露點溫度；且

T_WC,較高、T_BFW,較高、T_1,較高和T_2,較高大于從所述變換反應(yīng)器(60)取出的重整產(chǎn)品(25)的露點溫度；

(d) 冷卻混合物，所述混合物在所述重整產(chǎn)品加熱所述水冷凝物和所述鍋爐進水時包含所述重整產(chǎn)品的至少一部分或在第一分開部分加熱所述水冷凝物且第二分開部分加熱所述鍋爐進水時包含第一分開部分的至少一部分和第二分開部分的至少一部分，所述混合物以有效冷凝在所述混合物中的水的至少一部分以形成冷凝水和貧水重整產(chǎn)物氣體的量冷卻；

(e) 在分離器(90)中將所述冷凝水與所述貧水重整產(chǎn)物氣體(在步驟(d)中形成)分離，由此由所述冷凝水的至少一部分形成水冷凝物(97)；

(f) 將水冷凝物(97)從分離器(90)送到第一換熱段(56)，用于通過與所述重整產(chǎn)品或第一分開部分間接熱傳遞加熱所述水冷凝物的步驟，且將水冷凝物(97)的至少一部分從第一換熱段(56)送到蒸汽罐(120)中，(其中水冷凝物(97)從分離器(90)送到第一換熱段(56)，之后從第一換熱段(56)送到蒸汽罐(120))；和

(g) 在變壓吸附單元(100)中分離包含所述貧水重整產(chǎn)物氣體的至少一部分的變壓吸附單元進料(95)，以形成氫產(chǎn)物氣體(105)和變壓吸附單元副產(chǎn)物氣體(115)。

方面2. 方面1的方法，其中水冷凝物(97)在第一換熱段(56)中由第一分開部分加熱且所述鍋爐進水在第二換熱段(58)中由第二分開部分加熱。

方面3. 方面1或方面2的方法，所述方法還包括：

將來自變換反應(yīng)器(60)的重整產(chǎn)品送到加熱原料的換熱器(70)以在加熱原料的換熱器(70)中通過與重整產(chǎn)品(25)間接熱傳遞加熱烴原料(75)并從加熱原料的換熱器(70)中取出所述重整產(chǎn)品；

其中，如果來自所述變換反應(yīng)器的重整產(chǎn)品在步驟(b)中加熱所述水冷凝物且在步驟(c)中加熱鍋爐進水(86)，則在步驟(b)中加熱所述水冷凝物且在步驟(c)中加熱鍋爐進水(86)的來自所述變換反應(yīng)器的重整產(chǎn)品為從加熱原料的換熱器(70)中取出的重整產(chǎn)品；且

其中，如果來自所述變換反應(yīng)器的所述重整產(chǎn)品的第一分開部分在步驟(b)中加熱所述水冷凝物且來自所述變換反應(yīng)器的所述重整產(chǎn)品的第二分開部分在步驟(c)中加熱鍋爐進水(86)，則來自所述變換反應(yīng)器的所述重整產(chǎn)品的第一分開部分為從加熱原料的換熱器(70)中取出的所述重整產(chǎn)品的第一分開部分且來自所述變換反應(yīng)器的所述重整產(chǎn)品的第二分開部分為從加熱原料的換熱器(70)中取出的所述重整產(chǎn)品的第二分開部分。

方面4. 方面1-3中任一方面的方法，其中所述水冷凝物由來自變換反應(yīng)器(60)的重整產(chǎn)品的第一分開部分加熱，所述方法還包括：

通過與第一分開部分間接熱傳遞加熱烴原料(75)，在由第一分開部分加熱時，所述烴原料(75)從較低溫度T_HF,較低加熱到較高溫度T_HF,較高；其中

T_HF,較低小于從變換反應(yīng)器(60)中取出的重整產(chǎn)品(25)的露點溫度；且

T_HF,較高大于從變換反應(yīng)器(60)中取出的重整產(chǎn)品(25)的露點溫度。

方面5. 方面1-3中任一方面的方法，其中所述鍋爐進水由來自變換反應(yīng)器(60)的重整產(chǎn)品的第二分開部分加熱，所述方法還包括：

通過與來自變換反應(yīng)器(60)的重整產(chǎn)品的第二分開部分間接熱傳遞加熱烴原料(75)，在由第二分開部分加熱時，所述烴原料(75)從較低溫度T_HF,較低加熱到較高溫度T_HF,較高；其中

T_HF,較低小于從變換反應(yīng)器(60)中取出的重整產(chǎn)品(25)的露點溫度；且

T_HF,較高大于從變換反應(yīng)器(60)中取出的重整產(chǎn)品(25)的露點溫度。

方面6. 方面1-3中任一方面的方法，所述方法還包括：

(h) 通過與來自變換反應(yīng)器(60)的重整產(chǎn)品或重整產(chǎn)品(25)的分開部分間接熱傳遞加熱烴原料(75)，在由所述重整產(chǎn)品或所述分開部分加熱時，所述烴原料(75)從較低溫度T_HF,較低加熱到較高溫度T_HF,較高，且在加熱所述烴原料(75)時，所述重整產(chǎn)品或分開部分從較高溫度T_3,較高冷卻到較低溫度T_3,較低；其中

T_HF,較低和T_3,較低小于從變換反應(yīng)器(60)中取出的重整產(chǎn)品(25)的露點溫度；且

T_HF,較高和T_3,較高大于從變換反應(yīng)器(60)中取出的重整產(chǎn)品(25)的露點溫度；且

其中在所述重整產(chǎn)品還加熱所述烴原料時所述混合物包含所述重整產(chǎn)品的至少一部分，或其中在所述分開部分加熱所述烴原料時所述混合物還包含加熱所述烴原料的所述重整產(chǎn)品(25)的分開部分的至少一部分。

方面7. 方面6的方法，其中所述烴原料(75)在第三換熱段(57)中由所述分開部分加熱。

方面8. 方面6或方面7的方法，所述方法還包括：

將來自變換反應(yīng)器(60)的重整產(chǎn)品送到加熱原料的換熱器(70)以在加熱原料的換熱器(70)中通過與重整產(chǎn)品(25)間接熱傳遞加熱烴原料(75)并從加熱原料的換熱器(70)中取出所述重整產(chǎn)品；

其中，如果來自所述變換反應(yīng)器的所述重整產(chǎn)品在步驟(b)中加熱所述水冷凝物，在步驟(c)中加熱鍋爐進水(86)且在步驟(h)中加熱烴原料(75)，則在步驟(b)中加熱所述水冷凝物、在步驟(c)中加熱鍋爐進水(86)且在步驟(h)中加熱所述烴原料的來自所述變換反應(yīng)器的所述重整產(chǎn)品為從加熱原料的換熱器(70)中取出的所述重整產(chǎn)品；

其中，如果來自所述變換反應(yīng)器的所述重整產(chǎn)品的第一分開部分在步驟(b)中加熱所述水冷凝物，且來自所述變換反應(yīng)器的所述重整產(chǎn)品的第二分開部分在步驟(c)中加熱鍋爐進水(86)，且來自所述變換反應(yīng)器的所述重整產(chǎn)品的分開部分在步驟(h)中加熱所述烴原料，則來自所述變換反應(yīng)器的所述重整產(chǎn)品的第一分開部分為從加熱原料的換熱器(70)中取出的所述重整產(chǎn)品的第一分開部分，且第二分開部分為從加熱原料的換熱器(70)中取出的所述重整產(chǎn)品的第二分開部分，且所述分開部分為從加熱原料的換熱器(70)中取出的所述重整產(chǎn)品的分開部分；且

其中烴原料(75)在步驟(h)中加熱，之后在加熱原料的換熱器(70)中加熱。

方面9. 前述方面中任一方面的方法，所述方法還包括：

通過與用于加熱變壓吸附單元副產(chǎn)物氣體的來自變換反應(yīng)器(60)的重整產(chǎn)品(25)的分開部分間接熱傳遞加熱變壓吸附單元副產(chǎn)物氣體(115)，在由用于加熱所述變壓吸附單元副產(chǎn)物氣體的所述分開部分加熱時，所述變壓吸附單元副產(chǎn)物氣體(115)從較低溫度T_PSA,較低加熱到較高溫度T_PSA,較高，且在加熱所述變壓吸附單元副產(chǎn)物氣體(115)時，用于加熱所述變壓吸附單元副產(chǎn)物氣體的所述分開部分從較高溫度T_4,較高冷卻到較低溫度T_4,較低；其中

T_PSA,較低和T_4,較低小于從變換反應(yīng)器(60)中取出的重整產(chǎn)品(25)的露點溫度；且

T_PSA,較高和T_4,較高大于從變換反應(yīng)器(60)中取出的重整產(chǎn)品(25)的露點溫度；

其中所述混合物還包含加熱所述變壓吸附單元副產(chǎn)物氣體的所述重整產(chǎn)品的分開部分的至少一部分。

方面10. 方面9的方法，其中所述變壓吸附單元副產(chǎn)物氣體(115)由所述分開部分加熱，所述分開部分在第四換熱段(59)中加熱所述變壓吸附單元副產(chǎn)物氣體。

方面11. 方面9或方面10的方法，所述方法還包括：

將重整產(chǎn)品(25)從變換反應(yīng)器(60)送到加熱原料的換熱器(70)，優(yōu)選方面3或方面8的加熱原料的換熱器(70)，以在加熱原料的換熱器(70)中通過與重整產(chǎn)品(25)間接熱傳遞加熱烴原料(75)并從加熱原料的換熱器(70)中取出所述重整產(chǎn)品；和

其中加熱所述變壓吸附單元副產(chǎn)物氣體的所述重整產(chǎn)品的分開部分為加熱所述變壓吸附單元副產(chǎn)物氣體的從加熱原料的換熱器(70)中取出的所述重整產(chǎn)品的分開部分。

方面12. 方面1-11中任一方面的方法，其中步驟(f)包括將水冷凝物(97)從分離器(90)送到除氣器(111)，從除氣器(111)送到第一換熱段(56)且從第一換熱段(56)送到蒸汽罐(120)，所述方法還包括：

將在步驟(c)中加熱之后的鍋爐進水(86)送到第二蒸汽罐(121)。

方面13. 方面1-11中任一方面的方法，其中步驟(f)包括將水冷凝物(97)從第一換熱段(56)送到蒸汽汽提器(55)且從蒸汽汽提器(55)送到蒸汽罐(120)，所述方法還包括：

將在步驟(c)中加熱之后的鍋爐進水(86)送到蒸汽罐(120)。

方面14. 前述方面中任一方面的方法，其中：

來自變換反應(yīng)器(60)的重整產(chǎn)品被分成第一分開部分和第二分開部分和任選的來自變換反應(yīng)器(60)的一種或多種另外分開部分，第一分開部分具有一種流速，第二分開部分具有一種流速，且如果存在的話，所述一種或多種另外分開部分各自具有相應(yīng)的流速；

水冷凝物(97)在步驟(b)中由第一分開部分加熱且鍋爐進水(86)在步驟(c)中由第二分開部分加熱；且其中

控制來自變換反應(yīng)器(60)的第一分開部分的流速和來自變換反應(yīng)器(60)的第二分開部分的流速及任選的所述一種或多種另外分開部分的流速，使得T_WC,較高和T_BFW,較高大于從變換反應(yīng)器(60)中取出的重整產(chǎn)品(25)的露點溫度且T_1,較低和T_2,較低小于從變換反應(yīng)器(60)中取出的重整產(chǎn)品(25)的露點溫度。

方面15. 前述方面的方法，其中來自變換反應(yīng)器(60)的所述一種或多種另外分開部分包括用于加熱烴原料(75)的分開部分和/或用于加熱變壓吸附單元副產(chǎn)物氣體(115)的分開部分，所述方法還包括以下步驟(k)和/或以下步驟(l)：

(k) 通過與用于加熱烴原料(75)的分開部分間接熱傳遞加熱烴原料(75)，在由用于加熱烴原料(75)的分開部分加熱時，烴原料(75)從較低溫度T_HF,較低加熱到較高溫度T_HF,較高，且在加熱烴原料(75)時，用于加熱烴原料(75)的分開部分從較高溫度T_3,較高冷卻到較低溫度T_3,較低，其中T_HF,較低和T_3,較低小于從變換反應(yīng)器(60)中取出的重整產(chǎn)品(25)的露點溫度，且T_HF,較高和T_3,較高大于從變換反應(yīng)器(60)中取出的重整產(chǎn)品(25)的露點溫度，

其中控制來自變換反應(yīng)器(60)的所述一種或多種另外分開部分的流速，使得T_HF,較高大于從變換反應(yīng)器(60)中取出的重整產(chǎn)品(25)的露點溫度且T_3,較低小于從變換反應(yīng)器(60)中取出的重整產(chǎn)品(25)的露點溫度；

(l) 通過與用于加熱變壓吸附單元副產(chǎn)物氣體(115)的分開部分間接熱傳遞加熱變壓吸附單元副產(chǎn)物氣體(115)，在由用于加熱變壓吸附單元副產(chǎn)物氣體(115)的分開部分加熱時，變壓吸附單元副產(chǎn)物氣體(115)從較低溫度T_PSA,較低加熱到較高溫度T_PSA,較高，且在加熱變壓吸附單元副產(chǎn)物氣體(115)時，用于加熱變壓吸附單元副產(chǎn)物氣體(115)的分開部分從較高溫度T_4,較高冷卻到較低溫度T_4,較低，其中T_PSA,較低和T_4,較低小于從變換反應(yīng)器(60)中取出的重整產(chǎn)品(25)的露點溫度，且T_PSA,較高和T_4,較高大于從變換反應(yīng)器(60)中取出的重整產(chǎn)品(25)的露點溫度，

其中控制來自變換反應(yīng)器(60)的所述一種或多種另外分開部分的流速，使得T_PSA,較高大于從變換反應(yīng)器(60)中取出的重整產(chǎn)品(25)的露點溫度，且T_4,較低小于從變換反應(yīng)器(60)中取出的重整產(chǎn)品(25)的露點溫度。

方面16. 方面1、3、6、8、9和10中任一方面的方法，其中：

來自變換反應(yīng)器(60)的重整產(chǎn)品輸送經(jīng)過共用換熱器；且其中

水冷凝物(97)和鍋爐進水(86)及任選的烴原料(75)和任選的變壓吸附單元副產(chǎn)物氣體(115)各自在所述共用換熱器中的在延伸通過來自變換反應(yīng)器(60)的重整產(chǎn)品的相應(yīng)換熱結(jié)構(gòu)中輸送，由此以平行間接換熱在所述共用換熱器中由重整產(chǎn)品加熱。

方面17. 生產(chǎn)氫產(chǎn)物氣體(105)的方法，所述方法包括：

從變換反應(yīng)器(60)中取出重整產(chǎn)品(25)；

通過與來自變換反應(yīng)器(60)的重整產(chǎn)品的第一分開部分間接熱傳遞加熱水冷凝物(97)，在由第一分開部分加熱時，水冷凝物(97)從較低溫度T_WC,較低加熱到較高溫度T_WC,較高，且在加熱水冷凝物(97)時，第一分開部分從較高溫度T_1,較高冷卻到較低溫度T_1,較低；

通過與來自變換反應(yīng)器(60)的重整產(chǎn)品的第二分開部分間接熱傳遞加熱鍋爐進水(86)，在由第二分開部分加熱時，鍋爐進水(86)從較低溫度T_BFW,較低加熱到較高溫度T_BFW,較高，且在加熱鍋爐進水(86)時，第二分開部分從較高溫度T_2,較高冷卻到較低溫度T_2,較低；

通過與來自變換反應(yīng)器(60)的重整產(chǎn)品(25)的第三分開部分間接熱傳遞加熱烴原料(75)，在由第三分開部分加熱時，烴原料(75)從較低溫度T_HF,較低加熱到較高溫度T_HF,較高，且在加熱烴原料(75)時，第三分開部分從較高溫度T_3,較高冷卻到較低溫度T_3,較低；其中

T_WC,較低、T_BFW,較低、T_HF,較低、T_1,較低、T_2,較低和T_3,較低小于從所述變換反應(yīng)器中取出的所述重整產(chǎn)品的露點溫度；且

T_WC,較高、T_BFW,較高、T_HF,較高、T_1,較高、T_2,較高和T_3,較高大于從所述變換反應(yīng)器中取出的所述重整產(chǎn)品的露點溫度；

冷卻包含第一分開部分的至少一部分、第二分開部分的至少一部分和第三分開部分的至少一部分的混合物，所述混合物以有效冷凝在所述混合物中的所述水的至少一部分以形成冷凝水和貧水重整產(chǎn)物氣體的量冷卻；

在分離器(90)中將所述冷凝水與所述貧水重整產(chǎn)物氣體分離，由此由所述冷凝水的至少一部分形成水冷凝物(97)；

將水冷凝物(97)從分離器(90)送到第一換熱段(56)用于通過與第一分開部分間接熱傳遞加熱所述水冷凝物的步驟，且將水冷凝物(97)的至少一部分從第一換熱段(56)送到蒸汽罐(120)中，其中將水冷凝物(97)從分離器(90)送到第一換熱段(56)，之后從第一換熱段(56)送到蒸汽罐(120)；和

在變壓吸附單元(100)中分離包含貧水重整產(chǎn)物氣體的至少一部分的變壓吸附單元進料(95)，以形成氫產(chǎn)物氣體(105)和變壓吸附單元副產(chǎn)物氣體(115)。

方面18. 方面17的方法，其還包括：

將從變換反應(yīng)器(60)中取出的重整產(chǎn)品(25)送到加熱原料的換熱器(70)，以在加熱原料的換熱器(70)中通過與重整產(chǎn)品(25)間接熱傳遞加熱烴原料(75)并從加熱原料的換熱器(70)中取出重整產(chǎn)品(25)；和

將來自加熱原料的換熱器(70)的重整產(chǎn)品分開以形成來自變換反應(yīng)器(60)的重整產(chǎn)品(25)的第一分開部分、來自變換反應(yīng)器(60)的重整產(chǎn)品(25)的第二分開部分和來自變換反應(yīng)器(60)的重整產(chǎn)品(25)的第三分開部分。

方面19. 生產(chǎn)氫產(chǎn)物氣體(105)的方法，所述方法包括：

從變換反應(yīng)器(60)中取出重整產(chǎn)品(25)；

通過與來自變換反應(yīng)器(60)的重整產(chǎn)品的第一分開部分間接熱傳遞加熱水冷凝物(97)，在由第一分開部分加熱時，水冷凝物(97)從較低溫度T_WC,較低加熱到較高溫度T_WC,較高，且在加熱水冷凝物(97)時，第一分開部分從較高溫度T_1,較高冷卻到較低溫度T_1,較低；

通過與來自變換反應(yīng)器(60)的重整產(chǎn)品的第二分開部分間接熱傳遞加熱鍋爐進水(86)，在由第二分開部分加熱時，鍋爐進水(86)從較低溫度T_BFW,較低加熱到較高溫度T_BFW,較高，且在加熱鍋爐進水(86)時，第二分開部分從較高溫度T_2,較高冷卻到較低溫度T_2,較低；

通過與來自變換反應(yīng)器(60)的重整產(chǎn)品(25)的第三分開部分間接熱傳遞加熱烴原料(75)，在由第三分開部分加熱時，烴原料(75)從較低溫度T_HF,較低加熱到較高溫度T_HF,較高，且在加熱烴原料(75)時，第三分開部分從較高溫度T_3,較高冷卻到較低溫度T_3,較低；

通過與來自變換反應(yīng)器(60)的重整產(chǎn)品(25)的第四分開部分間接熱傳遞加熱變壓吸附單元副產(chǎn)物氣體(115)，在由重整產(chǎn)品(25)的第四分開部分加熱時，變壓吸附單元副產(chǎn)物氣體(115)從較低溫度T_PSA,較低加熱到較高溫度T_PSA,較高，且在加熱變壓吸附單元副產(chǎn)物氣體(115)時，所述第四分開部分從較高溫度T_4,較高冷卻到較低溫度T_4,較低；其中

T_WC,較低、T_BFW,較低、T_HF,較低、T_PSA,較低、T_1,較低、T_2,較低、T_3,較低和T_4,較低小于從變換反應(yīng)器(60)中取出的重整產(chǎn)品(25)的露點溫度；且

T_WC,較高、T_BFW,較高、T_HF,較高、T_PSA,較高、T_1,較高、T_2,較高、T_3,較高和T_4,較高大于從變換反應(yīng)器(60)中取出的重整產(chǎn)品(25)的露點溫度；

冷卻包含第一分開部分的至少一部分、第二分開部分的至少一部分、第三分開部分的至少一部分和所述第四分開部分的至少一部分的混合物，所述混合物以有效冷凝在所述混合物中的所述水的至少一部分以形成冷凝水和貧水重整產(chǎn)物氣體的量冷卻；

在分離器(90)中將所述冷凝水與所述貧水重整產(chǎn)物氣體分離，由此由所述冷凝水的至少一部分形成水冷凝物(97)；

將水冷凝物(97)從分離器(90)送到第一換熱段(56)用于通過與第一分開部分間接熱傳遞加熱所述水冷凝物的步驟，且將水冷凝物(97)的至少一部分從第一換熱段(56)送到蒸汽罐(120)，其中水冷凝物(97)從分離器(90)送到第一換熱段(56)，之后從第一換熱段(56)送到蒸汽罐(120)；和

在變壓吸附單元(100)中分離包含所述貧水重整產(chǎn)物氣體的至少一部分的變壓吸附單元進料(95)，以形成氫產(chǎn)物氣體(105)和變壓吸附單元副產(chǎn)物氣體(115)。

方面20. 方面19的方法，其還包括：

將從變換反應(yīng)器(60)中取出的重整產(chǎn)品(25)送到加熱原料的換熱器(70)，以在加熱原料的換熱器(70)中通過與重整產(chǎn)品(25)間接熱傳遞加熱烴原料(75)并從加熱原料的換熱器(70)中取出重整產(chǎn)品(25)；和

將來自加熱原料的換熱器(70)的重整產(chǎn)品(25)分開以形成來自變換反應(yīng)器(60)的重整產(chǎn)品的第一分開部分、來自變換反應(yīng)器(60)的重整產(chǎn)品的第二分開部分、來自變換反應(yīng)器(60)的重整產(chǎn)品的第三分開部分和來自變換反應(yīng)器(60)的重整產(chǎn)品的第四分開部分。

附圖說明

圖1為催化蒸汽-烴重整方法的工藝流程圖；

圖2為催化蒸汽-烴重整方法的工藝流程圖，其中使用兩個單獨的蒸汽罐；

圖3為對比性催化蒸汽-烴重整方法的工藝流程圖；

圖4為對比性催化蒸汽-烴重整方法的工藝流程圖，其中使用兩個單獨的蒸汽罐。

具體實施方式

接下來的詳細描述僅提供優(yōu)選的例示性實施方案，而并非意圖限制本發(fā)明的范圍、適用性或構(gòu)造。相反，優(yōu)選例示性實施方案的以下詳述將為本領(lǐng)域技術(shù)人員提供實施本發(fā)明的優(yōu)選例示性實施方案的可行描述，應(yīng)理解，在不脫離如由權(quán)利要求限定的本發(fā)明的范圍的情況下，在要素的功能和排列上可進行各種改變。

當應(yīng)用于本說明書和權(quán)利要求中描述的本發(fā)明的實施方案中的任何特征時，本文使用的冠詞“一個”和“一種”是指一個或多個?！耙粋€”和“一種”的使用并非將意義限制為單一特征，除非特別聲明這一限制。在單數(shù)或復(fù)數(shù)名詞或者名詞短語前面的冠詞“該/所述”表示一種或多種特定的具體特征且可具有單數(shù)或復(fù)數(shù)含義，這取決于使用其的上下文。

形容詞“任何”是指無論什么數(shù)量的無差別的一個、一些或全部。

置于第一實體和第二實體之間的術(shù)語“和/或”包括以下含義之一：(1) 僅第一實體，(2) 僅第二實體，和(3) 第一實體和第二實體。置于三個或更多個實體的列舉中的最后兩個實體之間的術(shù)語“和/或”是指在列舉中的實體中的至少一個，包括在該列舉中的實體的任何特定組合。例如，“A、B和/或C”具有與“A和/或B和/或C”相同的含義且包括A、B和C的以下組合：(1) 僅A，(2) 僅B，(3) 僅C，(4) A和B，而沒有C，(5) A和C，而沒有B，(6) B和C，而沒有A，和(7) A和B和C。

短語在特征或?qū)嶓w的列表之前的“至少一個/種”是指在實體列表中的特征或?qū)嶓w中的一個或多個/一種或多種，而未必包括在實體列表內(nèi)具體列出的每一個實體中的至少一個/種，且不排除在實體列表中的實體的任何組合。例如，“A、B或C中的至少一個/種”(或等效地，“A、B和C中的至少一個/種”，或等效地，“A、B和/或C中的至少一個/種”)具有與“A和/或B和/或C”相同的含義且包括A、B和C的以下組合：(1) 僅A，(2) 僅B，(3) 僅C，(4) A和B，而沒有C，(5) A和C，而沒有B，(6) B和C，而沒有A，和(7) A和B和C。

術(shù)語“多個”是指“兩個或更多個”。

短語“至少一部分”是指“部分或全部”。物流的該至少一部分可具有相同的組成，每種物質(zhì)的濃度與其衍生自的物流相同。物流的該至少一部分可具有與其衍生自的物流不同的物質(zhì)濃度。物流的該至少一部分可僅包含其衍生自的物流的特定物質(zhì)。

本文使用的物流的“分開部分”為與取得其的物流相同的化學組成和物質(zhì)濃度的部分。

本文使用的物流的“分離部分”為與取得其的物流不同的化學組成和不同的物質(zhì)濃度的部分。

本文使用的“第一”、“第二”、“第三”等用以區(qū)分多個步驟和/或特征，且并非表示總數(shù)量或在時間和/或空間上的相對位置，除非明確聲明如此。

在權(quán)利要求中，可使用字母來識別所要求的步驟(例如(a)、(b)和(c))。這些字母用來幫助提及方法步驟，且除非且只有到在權(quán)利要求書中具體記載了這樣的順序的程度。

本文使用的術(shù)語“催化劑”是指載體、催化材料和可存在于載體上的任何其他添加劑。

術(shù)語“貧”是指所提到的氣體具有比形成其的原始物流少的摩爾%濃度?！柏殹辈⒎侵肝锪魍耆缓岬降臍怏w。

術(shù)語“富”或“富集”是指所提到的氣體具有比形成其的原始物流大的摩爾%濃度。

本文使用的“熱”和“加熱”可包括明顯和潛在的熱和加熱。

本文使用的“間接熱傳遞”為熱從一種物流傳遞到另一物流，其中這些物流并未混合在一起。間接熱傳遞包括例如在換熱器中熱從第一流體傳遞到第二流體，其中這些流體通過板或管隔開。間接熱傳遞包括熱從第一流體傳遞到第二流體，其中使用中間工作流體以將熱從第一流體運載到第二流體。在蒸發(fā)器中第一流體可使工作流體蒸發(fā)，例如使水蒸發(fā)成蒸汽，工作流體送到另一換熱器或冷凝器，其中工作流體將熱傳遞到第二流體。使用工作流體從第一流體到第二流體的間接熱傳遞可使用熱管、熱虹吸管、釜式鍋爐等實現(xiàn)。

本文使用的“間接熱傳遞”為熱從一種物流傳遞到另一物流，其中這些物流緊密地混合在一起。直接熱傳遞例如包括潤濕，其中將水直接噴到熱空氣流中且來自空氣的熱使水蒸發(fā)。

本發(fā)明涉及生產(chǎn)氫產(chǎn)物氣體的方法。所述方法利用催化蒸汽-烴重整。催化蒸汽-烴重整，也稱作蒸汽甲烷重整(SMR)、催化蒸汽重整或蒸汽重整，定義為用于通過在催化劑上與蒸汽反應(yīng)使重整器原料轉(zhuǎn)化成重整產(chǎn)品的任何方法。本文使用的重整產(chǎn)品，也稱作合成氣體或簡稱為合成氣，為包含氫氣和一氧化碳的任何混合物。重整反應(yīng)為吸熱反應(yīng)且通?？擅枋鰹镃_nH_m + n H₂O → n CO + (m/2 + n) H₂。氫氣在產(chǎn)生重整產(chǎn)品時產(chǎn)生。

所述方法參考附圖描述，該附圖各自表示工藝流程圖。在整個附圖中，相同的參考符號提及相同的元件。另外，在說明書中結(jié)合附圖引入的參考符號可在一個或多個后續(xù)圖中重復(fù)，而無需在說明書中另外描述以便提供其他特征的內(nèi)容。

適合實施本發(fā)明方法的催化蒸汽-烴重整方法的工藝流程圖示于圖1和圖2中。圖1示出具有單一蒸汽罐120的工藝流程圖，而圖2示出具有兩個蒸汽罐120和121的工藝流程圖。圖2的工藝流程圖將由工藝冷凝物形成的鍋爐進水與由補給水85形成的鍋爐進水隔離。工藝冷凝物可含有有機化合物。對于工藝冷凝物使用單獨的蒸汽罐且對于由補給水形成的鍋爐進水使用單獨的蒸汽罐的益處在于防止有機化合物進入輸出蒸汽150中?？墒褂糜晒に嚴淠镄纬傻恼羝麃硇纬蛇M料氣體混合物15，其中可容易地耐受有機化合物的存在。

圖1和圖2示出所需要的特征和任選的特征，所述任選的特征提供另外的內(nèi)容。

在圖1和圖2中，將重整器進料氣體混合物15引入在重整爐10中的多個含催化劑的重整器管20中，使重整器進料氣體混合物15在有效形成包含H₂、CO、CH₄和H₂O的重整產(chǎn)品25的反應(yīng)條件下以重整反應(yīng)來反應(yīng)，且將重整產(chǎn)品25從重整爐10的所述多個含催化劑的管20中取出。

重整器進料氣體混合物15可為適合引入催化蒸汽-烴重整器中以形成重整產(chǎn)品的任何進料氣體混合物。重整器進料氣體混合物15可包含已經(jīng)脫硫的烴原料75和蒸汽151、152和/或預(yù)重整的烴原料和蒸汽的混合物。烴原料可為天然氣、甲烷、石腦油、丙烷、煉制廠燃料氣體、煉制廠廢氣或本領(lǐng)域已知的其他合適的重整器原料。預(yù)重整的烴原料和蒸汽在預(yù)重整器(未示出)中生產(chǎn)。

重整反應(yīng)在重整爐10中的所述多個含催化劑的重整器管20中發(fā)生。重整爐，也稱作催化蒸汽重整器、蒸汽甲烷重整器和蒸汽-烴重整器，在本文中定義為通過在催化劑上在由燃料燃燒提供的熱下與蒸汽反應(yīng)使含有元素氫和碳的原料轉(zhuǎn)化成重整產(chǎn)品的任何燃燒爐。

具有多個含催化劑的重整器管的重整爐，即管狀重整器，在本領(lǐng)域中眾所周知?？墒褂萌魏魏线m數(shù)目的含催化劑的重整器管。已知構(gòu)造的適合材料和方法。在含催化劑的重整器管中的催化劑可為本領(lǐng)域已知的任何合適的催化劑，例如包含鎳的負載型催化劑。

在所述多個含催化劑的重整器管20中有效形成重整產(chǎn)品25的反應(yīng)條件可包括500℃-1000℃的溫度和203kPa-5,066kPa(絕對)的壓力。反應(yīng)條件溫度可如由例如J型熱電偶的任何合適溫度傳感器所測量。反應(yīng)條件壓力可如由例如自Mensor購得的壓力計的本領(lǐng)域已知的任何合適壓力傳感器所測量。

重整產(chǎn)品25可與許多物流換熱且隨后可將其送到含有變換催化劑61的變換反應(yīng)器60。在圖1和圖2中示出的例示性實施方案中，將從所述多個含催化劑的重整器管20中取出的重整產(chǎn)品25送到換熱器40(所謂的廢熱鍋爐)中，其中重整產(chǎn)品25加熱鍋爐進水流127的一部分，由此形成兩相水和蒸汽流，將其再次引入蒸汽罐120(圖1)或蒸汽罐121(圖2)中。

在圖1和圖2中示出的例示性實施方案中，將重整產(chǎn)品25從換熱器40送到變換反應(yīng)器60中。所述方法可包括使來自換熱器40的重整產(chǎn)品25在變換催化劑61存在下在重整產(chǎn)品25中有效形成另外氫氣的反應(yīng)條件下反應(yīng)。另外的氫氣可通過一氧化碳和蒸汽的催化反應(yīng)得到。該反應(yīng)為放熱的且一般稱為水-氣變換反應(yīng)或變換反應(yīng)：CO + H₂O → CO₂ + H₂。所述反應(yīng)通過使一氧化碳和水穿過合適催化劑的床實現(xiàn)。在重整產(chǎn)品25中有效形成另外氫氣的反應(yīng)條件可包括190℃-500℃的第二溫度和203kPa-5,066kPa(絕對)的第二壓力。

可使用任何合適的變換催化劑。所述變換反應(yīng)器可為所謂的高溫變換(HTS)、低溫變換(LTS)、中溫變換(MTS)或組合?？墒褂靡环N或多種變換反應(yīng)器。

對于高溫變換，典型的是310℃-370℃的入口溫度和400℃-500℃的出口溫度。通常，將氧化鐵/氧化鉻催化劑用于高溫變換。

對于低溫變換，典型的是190℃-230℃的入口溫度和220℃-250℃的出口溫度。通常，將包含金屬銅、氧化鋅和例如氧化鋁或氧化鉻的一種或多種其他難以還原的氧化物的催化劑用于低溫變換。

對于中溫變換，典型的是190℃-230℃的入口溫度和至多350℃的出口溫度?？蓪⒑线m配制的負載型銅催化劑用于中溫變換。對于例示性方法，可優(yōu)選中溫變換。

組合可包括序貫進行的高溫變換、通過間接換熱冷卻和低溫變換序。如果需要，則可將任一變換階段用夾層冷卻細分。

如在圖1和圖2中的例示性實施方案所示，在穿過變換反應(yīng)器60之后，可將重整產(chǎn)品25送到任選的換熱器70中，其中將烴原料75加熱并將重整產(chǎn)品25冷卻。因為冠詞“一個/種”和“該/所述”是指“一個或多個”，換熱器70可包括一個或多個換熱器。

來自變換反應(yīng)器60的重整產(chǎn)品25接著平行地加熱至少兩種物流。所述重整產(chǎn)品可在任選的換熱器70中冷卻之后加熱所述至少兩種物流。

水冷凝物97和鍋爐進水86通過與來自變換反應(yīng)器的重整產(chǎn)品間接熱傳遞平行地加熱(在重整產(chǎn)品在換熱器70(如果存在的話)中冷卻之后)。

水冷凝物97和鍋爐進水86可在共用換熱器(未示出)中加熱或者重整產(chǎn)品可分成在第一換熱段56中加熱水冷凝物97的第一分開部分和在第二換熱段58中加熱鍋爐進水86的第二分開部分。對于其中使用共用換熱器的情況，所述共用換熱器有效地包括換熱段56和換熱段58兩者。共用換熱器具有與如下兩個單獨換熱器基本相同的作用：一個換熱器包括換熱段56且一個單獨的換熱器包括換熱段58。所述共用換熱器可具有用于保持水冷凝物和鍋爐進水86分離的單獨換熱管，因此重整產(chǎn)品平行地加熱水冷凝物和鍋爐進水。在共用換熱器中，鍋爐進水86和水冷凝物97和任選的用于生產(chǎn)氫產(chǎn)物氣體的方法的一種或多種另外物流可各自傳送通過相應(yīng)的換熱結(jié)構(gòu)，例如相應(yīng)的管路系統(tǒng)，所述換熱結(jié)構(gòu)延伸通過來自變換反應(yīng)器的重整產(chǎn)品，由此與重整產(chǎn)品平行地間接換熱加熱鍋爐進水86和水冷凝物97和任選的所述一種或多種另外物流。所述重整產(chǎn)品傳送通過與換熱結(jié)構(gòu)換熱接觸的共用換熱器。

傳送待通過共用換熱器加熱的工藝物流之一的各換熱結(jié)構(gòu)為共用換熱器的相應(yīng)換熱段。傳送水冷凝物97通過共用換熱器的換熱結(jié)構(gòu)為第一換熱段且傳送鍋爐進水86通過共用換熱器的換熱結(jié)構(gòu)為共用換熱器的第二換熱段。每當待加熱的工藝物流中的兩種或更多種各自在通過輸送經(jīng)過換熱器的來自變換反應(yīng)器的重整產(chǎn)品的未分開物流的單獨換熱結(jié)構(gòu)中遞送時，使用術(shù)語“共用換熱器”。在共用換熱器中，僅使待加熱的工藝物流彼此分離，而重整產(chǎn)品作為未分開的重整產(chǎn)品流輸送經(jīng)過換熱器。例如，水冷凝物97可在第一換熱段56中加熱且鍋爐進水86可在共用換熱器的第二換熱段58中加熱，而一種或多種另外工藝物流(例如烴原料75和/或變壓吸附單元副產(chǎn)物氣體115)可各自在用于水冷凝物97和加熱鍋爐進水86的共用換熱器外部的另一換熱段中通過與來自變換反應(yīng)器的重整產(chǎn)品的分開部分間接換熱且與這兩種工藝物流平行地換熱來加熱。

在由重整產(chǎn)品加熱時，水冷凝物從較低溫度T_WC,較低加熱到較高溫度T_WC,較高，其中T_WC,較低小于重整產(chǎn)品的露點溫度且T_WC,較高大于重整產(chǎn)品的露點溫度。如果來自變換反應(yīng)器的所有重整產(chǎn)品都加熱水冷凝物97和鍋爐進水86兩者，則在加熱水冷凝物97時，重整產(chǎn)品從T_1,較高冷卻到T_1,較低。如果重整產(chǎn)品的第一分開部分加熱水冷凝物，則在加熱水冷凝物97時，重整產(chǎn)品的第一分開部分從T_1,較高冷卻到T_1,較低。T_1,較高大于重整產(chǎn)品的露點溫度且T_1,較低小于重整產(chǎn)品的露點溫度。

露點溫度或露點為重整產(chǎn)品中的水蒸汽在其下在相應(yīng)換熱方法中的重整產(chǎn)品的壓力下開始從氣相中冷凝出來的溫度。

對于其中重整產(chǎn)品加熱水冷凝物的情況，露點溫度為在加熱水冷凝物時在重整產(chǎn)品的條件下重整產(chǎn)品的露點溫度。同樣地，在加熱其他物流時，重整產(chǎn)品的露點溫度為在加熱各相應(yīng)物流時在重整產(chǎn)品的相應(yīng)條件下重整產(chǎn)品的露點溫度。

在由重整產(chǎn)品25加熱時，鍋爐進水86從較低溫度T_BFW,較低加熱到較高溫度T_BFW,較高，其中T_BFW,較低小于重整產(chǎn)品的露點溫度且T_BFW,較高大于重整產(chǎn)品的露點溫度。如果來自變換反應(yīng)器的所有重整產(chǎn)品都加熱水冷凝物97和鍋爐進水86兩者，則在加熱鍋爐進水86時，重整產(chǎn)品從T_2,較高冷卻到T_2,較低。如果重整產(chǎn)品的第二分開部分加熱鍋爐進水86，則在加熱鍋爐進水86時，重整產(chǎn)品的第二分開部分從T_2,較高冷卻到T_2,較低。T_2,較高大于重整產(chǎn)品的露點溫度且T_2,較低小于重整產(chǎn)品的露點溫度。

水冷凝物97和鍋爐進水86平行地加熱經(jīng)過重整產(chǎn)品的露點溫度。

鍋爐進水86可通過經(jīng)由在換熱器80中與重整產(chǎn)品25間接熱傳遞加熱進水85(所謂的補給水)來形成，由此在換熱器80中冷卻重整產(chǎn)品25。進水85可為蒸餾水、處理過的水(脫鈣、過濾等)或在本領(lǐng)域中已知的其他合適水。

在換熱器80中加熱之后，可將進水85送到除氣器110中，在其中除去溶解的氣體。溶解的氣體在除氣器110中從進水中汽提出來。可將蒸汽11引入除氣器110中或者蒸汽可通過加熱或閃蒸就地形成。蒸汽幫助汽提出溶解的氣體。將排出物流17從除氣器110中取出。排出物流17包含蒸汽和由從進水85中汽提出的溶解氣體形成的氣體。可將從除氣器110中取出的鍋爐進水86泵送到較高壓力，在換熱段58中通過與重整產(chǎn)品或重整產(chǎn)品25的第二部分間接熱傳遞加熱并送到蒸汽罐120中。

如果重整產(chǎn)品被分成第一分開部分和第二分開部分，則第一分開部分和第二分開部分的流速可通過一個或多個閥門(未示出)控制。流速可基于例如質(zhì)量、摩爾或體積的任何基礎(chǔ)來控制?？煽刂屏魉?，使得離開換熱段56的重整產(chǎn)品的出口溫度和離開換熱段58的重整產(chǎn)品的出口溫度小于重整產(chǎn)品的露點溫度。可控制分開部分的流速，使得被加熱的物流的出口溫度大于所述露點溫度且處于其相應(yīng)設(shè)計溫度下。

烴原料75可在換熱器(未示出)中通過與加熱水冷凝物和鍋爐進水兩者的重整產(chǎn)品(即以串聯(lián)方式與加熱水冷凝物和鍋爐進水兩者的重整產(chǎn)品)間接熱傳遞來加熱。在加熱之后，隨后可將烴原料從該換熱器送到換熱器70中以便進一步加熱烴原料。

烴原料75可在換熱器(未示出)中通過與來自換熱段56的重整產(chǎn)品25的第一部分或來自換熱段58的重整產(chǎn)品25的第二部分間接熱傳遞來加熱。隨后可將原料75從該換熱器送到換熱器70中以便進一步加熱烴原料。

隨后冷卻包含重整產(chǎn)品或在適用的情況下重整產(chǎn)品(25)的第一和第二部分的混合物。

可將混合物送到換熱器80中以加熱補給水85，由此冷卻混合物。

將混合物在調(diào)溫冷卻器81中以有效冷凝在混合物中的水的至少一部分以形成冷凝水和貧水重整產(chǎn)物氣體的量冷卻。

貧水重整產(chǎn)物氣體的至少一部分作為變壓吸附單元進料95送到變壓吸附單元100中并在其中分離以形成氫產(chǎn)物氣體105和變壓吸附單元副產(chǎn)物氣體115。

冷凝水在分離器90中與貧水重整產(chǎn)物氣體分離以由冷凝水的至少一部分形成水冷凝物97。如果需要，則可將冷凝水的滑流從分離器中除去。

將水冷凝物97從分離器90送到換熱段56中且將水冷凝物97的至少一部分從換熱段56送到蒸汽罐120中。將水冷凝物97從分離器90送到換熱段56，隨后將其從換熱段56送到蒸汽罐120中。

在圖1中，將水冷凝物97從換熱段56送到蒸汽汽提器55，之后將水冷凝物97送到蒸汽罐120中。將來自蒸汽罐120或其他來源的蒸汽加到蒸汽汽提器55中以從冷凝物中汽提出有機化合物。將水冷凝物97部分送到蒸汽罐120中。將來自汽提器55的氣相蒸汽組分152與脫硫原料76共混且作為重整器進料氣體混合物15送到多個含催化劑的管20中。

在圖2中，將水冷凝物97從分離器90送到換熱器82，以通過與重整產(chǎn)品間接換熱來加熱，且隨后送到除氣器111中，在其中將溶解的氣體除去。在除氣器111中將溶解的氣體從冷凝物97中汽提出?？蓪⒄羝?2引入除氣器111中或者蒸汽可通過加熱或閃蒸就地形成。蒸汽可自蒸汽罐121或任何其他可用的蒸汽來源提供。蒸汽幫助汽提出溶解的氣體。排出物流18包含蒸汽和由從冷凝物97中汽提出的溶解氣體形成的氣體。隨后可將冷凝物97泵送并送到換熱段56，且隨后送到蒸汽罐120。

為了降低來自制氫設(shè)施的VOC排放，可將來自除氣器110和/或除氣器111的除氣器排出物流注入重整爐10中，如在以下文獻中所述：“Report on Emission Limits for Rule 1189-Emissions from Hydrogen Plant Process Vents,” South Coast Air Quality Management District, 2001年6月7日(http//www3.aqmd.gov/hb/attachments/2002/020620b.doc)和“Final Environmental Assessment: Proposed Rule 1189-Emissions from Hydrogen Plant Process Vents” SCAQMD號1189JDN021199, South Coast Air Quality Management District，1999年12月17日(http://www.aqmd.gov/docs/default-source/ceqa/documents/aqmd-projects/2000/final-ea-for-proposed-amended-rule-1189.doc?sfvrsn=4)。

如在圖1中所示，當水冷凝物在換熱段56中平行地加熱且在汽提器55中通過蒸汽汽提時，可將水冷凝物泵送并直接進料到蒸汽罐中。小型泵能夠提供泵送水冷凝物到蒸汽罐中所需要的壓頭。在將水冷凝物引入蒸汽罐中之前，可將水冷凝物與另一水流共混，使得進入蒸汽罐的水的溫度處于所要水平下。

如在圖1和圖2中所示，重整產(chǎn)品25可平行地加熱另外的物流。另外，重整產(chǎn)品可與水冷凝物97和鍋爐進水86平行地加熱烴原料75和/或變壓吸附單元副產(chǎn)物氣體115。

水冷凝物97、鍋爐進水86和烴原料75可在共用換熱器(未示出)中加熱，或者重整產(chǎn)品可分成在換熱段56中加熱水冷凝物97的分開部分、在換熱段58中加熱鍋爐進水86的另一分開部分和在換熱段57中加熱烴原料75的又一分開部分。

在水冷凝物在第一換熱器中的第一換熱段56中由重整產(chǎn)品的第一分開部分加熱且鍋爐進水在第二換熱器中的第二換熱段58中由重整產(chǎn)品的第二分開部分加熱的情況下，烴原料可在第三換熱段中加熱，其中第三換熱段57與第一換熱段56在同一換熱器中或與第二換熱段58在同一換熱器中。

烴原料75在由重整產(chǎn)品加熱時可從較低溫度T_HF,較低加熱到較高溫度T_HF,較高，其中T_HF,較低小于重整產(chǎn)品的露點溫度且T_HF,較高大于重整產(chǎn)品的露點溫度。如果來自變換反應(yīng)器的所有重整產(chǎn)品都加熱水冷凝物97、鍋爐進水86和烴原料75，則在加熱烴原料75時，重整產(chǎn)品從T_3,較高冷卻到T_3,較低。如果重整產(chǎn)品的分開部分加熱烴原料75，則在加熱烴原料75時，重整產(chǎn)品的分開部分從T_3,較高冷卻到T_3,較低。T_3,較高大于重整產(chǎn)品的露點溫度且T_3,較低小于重整產(chǎn)品的露點溫度。

如果重整產(chǎn)品被分成多個分開部分，則分開部分的流速可通過一個或多個閥門(未示出)控制。例如，可控制流速，使得離開換熱段56的重整產(chǎn)品的出口溫度、離開換熱段57的重整產(chǎn)品的出口溫度和離開換熱段58的重整產(chǎn)品的出口溫度小于重整產(chǎn)品的露點溫度。也可控制分開部分的流速，使得被加熱的物流的出口溫度大于所述露點溫度且處于其相應(yīng)設(shè)計溫度下。

對于其中分開部分在換熱段57中加熱烴原料75的情況，在換熱器80中冷卻的包含重整產(chǎn)品或加熱冷凝物的那部分和加熱鍋爐進水的那部分的混合物還可包含加熱烴原料75的分開部分。

變壓吸附單元副產(chǎn)物氣體115還可通過與來自變換反應(yīng)器60的重整產(chǎn)品的分開部分間接熱傳遞來加熱(如果存在的話，通過換熱器70)。變壓吸附單元副產(chǎn)物氣體115可在換熱段59中加熱。

在由重整產(chǎn)品加熱時，變壓吸附單元副產(chǎn)物氣體115可從較低溫度T_PSA,較低加熱到較高溫度T_PSA,較高，其中T_PSA,較低小于重整產(chǎn)品的露點溫度且T_PSA,較高大于重整產(chǎn)品的露點溫度。如果來自變換反應(yīng)器的所有重整產(chǎn)品都加熱水冷凝物97、鍋爐進水86和變壓吸附副產(chǎn)物氣體115，則在加熱變壓吸附副產(chǎn)物氣體115時，重整產(chǎn)品從T_4,較高冷卻到T_4,較低。如果重整產(chǎn)品的分開部分加熱變壓吸附副產(chǎn)物氣體115，則在加熱變壓吸附單元副產(chǎn)物氣體115時，重整產(chǎn)品的分開部分從T_4,較高冷卻到T_4,較低，其中T_4,較高大于重整產(chǎn)品的露點溫度且T_4,較低小于重整產(chǎn)品的露點溫度。

如果重整產(chǎn)品被分成多個分開部分，則分開部分的流速可通過一個或多個閥門(未示出)控制。例如，可控制流速，使得離開換熱段56的重整產(chǎn)品的出口溫度、離開換熱段57的重整產(chǎn)品(如果存在的話)的出口溫度、離開換熱段58的重整產(chǎn)品的出口溫度和離開換熱段59的重整產(chǎn)品的出口溫度小于重整產(chǎn)品的露點溫度?？煽刂扑隽魉?，使得被加熱的物流的出口溫度大于露點溫度且處于其相應(yīng)設(shè)計溫度下。

對于其中分開部分在換熱段59中加熱變壓吸附單元副產(chǎn)物氣體115的情況，在換熱器80中冷卻的包含重整產(chǎn)品或加熱冷凝物的那部分和加熱鍋爐進水的那部分的混合物還可包含加熱變壓吸附單元副產(chǎn)物氣體115的分開部分。

如在圖1和圖2中所示，重整產(chǎn)品或包含重整產(chǎn)品的分開部分的組合物流在換熱器80中加熱補給水85。還可存在由重整產(chǎn)品加熱其他物流的其他換熱器，例如產(chǎn)生低壓蒸汽以供除氣器使用的換熱器(未示出)和/或加熱將作為在所述方法中的加熱介質(zhì)使用的再循環(huán)鍋爐進水的換熱器(未示出)。所有這些物流，在圖2中的補給水＋水冷凝物，可以許多不同方式由已經(jīng)通過加熱在換熱器56中的水冷凝物97、鍋爐進水86和任選烴原料75和/或變壓吸附單元副產(chǎn)物115冷卻之后的重整產(chǎn)品加熱。例如，它們可由重整產(chǎn)品或重整產(chǎn)品的所有分開部分的組合物流串聯(lián)加熱?；蛘?，它們可在各種串聯(lián)和/或并聯(lián)排列中由四種、三種或兩種重整產(chǎn)品物流加熱，這取決于用于加熱在換熱器56中的水冷凝物97及鍋爐進水86和任選的烴原料75和/或變壓吸附單元副產(chǎn)物115的分開部分的數(shù)目和這些分開部分如何重新組合以形成組合的重整產(chǎn)品物流。

可將在與來自變換反應(yīng)器60的重整產(chǎn)品的至少一部分間接熱傳遞加熱之后的烴原料75送到加氫脫硫單元300，以從所述烴原料中除去硫。如本領(lǐng)域中周知，硫可使所述方法中的催化劑中毒。可在加熱烴原料75之前或之后將用于加氫脫硫的氫氣106加到原料中。氫產(chǎn)物105可用于提供氫氣106?？蓪⒚摿蛟系闹辽僖徊糠?6與蒸汽151、152共混，且隨后在重整器10的對流段45中通過燃燒產(chǎn)物氣體35進一步加熱，之后將其作為重整器進料氣體混合物15引入含催化劑的重整器管20中。

燃料5可在使燃料5有效燃燒的條件下在所述多個含催化劑的重整器管20外部的重整爐10的燃燒段30中用氧化劑氣體3燃燒以形成包含CO₂和H₂O的燃燒產(chǎn)物氣體35。任何合適的燃燒器都可用以將燃料5和氧化劑氣體3引入燃燒段30中。用氧化劑氣體3燃燒燃料5產(chǎn)生熱以供應(yīng)能量，從而使重整器進料氣體混合物15在所述多個含催化劑的重整器管20內(nèi)反應(yīng)。將燃燒產(chǎn)物氣體35從重整爐10的燃燒段30中取出并將其送到重整爐的對流段45，以將熱供應(yīng)到其他工藝物流。重整爐的燃燒段(也稱作輻射點、輻射或輻射段)為含有所述多個含催化劑的重整器管的重整爐的那部分。重整爐的對流段為除所述多個含催化劑的重整器管外含有換熱器的重整爐的那部分。在對流段中的換熱器可用于加熱除重整產(chǎn)品外的工藝流體，例如水/蒸汽、空氣、變壓吸附單元副產(chǎn)物氣體、重整器進料氣體，之后將其引入含催化劑的重整器管等。

有效燃燒燃料的條件可包括600℃-1500℃的溫度和99kPa-101.4kPa的壓力(絕對)。所述溫度可如通過熱電偶、光學高溫計或本領(lǐng)域中已知用于測量爐溫的任何其他校準的溫度測量裝置所測量。所述壓力可如由例如自Mensor購得的壓力計的本領(lǐng)域已知的任何合適壓力傳感器所測量。

燃料5可包含來自變壓吸附器100的副產(chǎn)物氣體115和補充燃料118。來自變壓吸附器的副產(chǎn)物氣體常稱為變壓吸附器尾氣，且補充燃料常稱為調(diào)溫燃料。可加熱副產(chǎn)物氣體115和補充燃料118，之后將其用作燃料5?？蓪⒏碑a(chǎn)物氣體115和補充燃料118共混并經(jīng)燃燒器一起引入燃燒段，或者它們可單獨地經(jīng)在燃燒器中的不同端口引入?；蛘?，副產(chǎn)物氣體可經(jīng)主燃燒器引入而補充燃料可經(jīng)燃燒器附近的噴槍引入。

氧化劑氣體3為含有氧氣的氣體且可為空氣、富氧空氣、貧氧空氣，例如燃氣渦輪機廢氣、工業(yè)級氧氣或已知在重整爐中用于燃燒的任何其他含氧氣體。例如，如在圖1和圖2中所示，空氣130可在強制通風機135中壓縮，在對流段45中由燃燒產(chǎn)物氣體35加熱并作為氧化劑氣體3送到重整爐中。

燃燒產(chǎn)物氣體35可在重整爐10的對流段45中加熱許多不同的工藝物流。燃燒產(chǎn)物氣體35可以各種不同構(gòu)造加熱物流(加熱順序)。

圖1示出加熱重整器進料氣體混合物15、然后使來自蒸汽罐120的蒸汽125過熱的燃燒產(chǎn)物氣體35。過熱蒸汽的一部分可用以形成重整器進料氣體混合物15且另一部分用以形成蒸汽產(chǎn)物150(即，輸出蒸汽)。在加熱蒸汽之后，燃燒產(chǎn)物氣體隨后在換熱器中加熱來自蒸汽罐120的鍋爐進水127的一部分，以形成蒸汽和水的兩相混合物，其至少一部分返回到蒸汽罐120中。所述燃燒產(chǎn)物氣體隨后加熱燃燒氧化劑3。隨后可將燃燒產(chǎn)物氣體35送到引風機140中并排出。

圖2示出加熱重整器進料氣體混合物15、然后使來自蒸汽罐121的蒸汽125過熱的燃燒產(chǎn)物氣體35。過熱蒸汽的一部分可用以形成重整器進料氣體混合物15且另一部分用以形成蒸汽產(chǎn)物150(即，輸出蒸汽)。所述燃燒產(chǎn)物氣體隨后加熱來自蒸汽罐121的鍋爐進水127的一部分以形成蒸汽和水的兩相混合物，其至少一部分返回到蒸汽罐121中。在加熱來自蒸汽罐121的鍋爐進水之后，所述燃燒產(chǎn)物氣體加熱來自蒸汽罐120的水冷凝物以形成蒸汽和水的兩相混合物，其返回到蒸汽罐120中。所述燃燒產(chǎn)物氣體隨后加熱燃燒氧化劑3。隨后可將燃燒產(chǎn)物氣體35送到引風機140中并排出。

實施例

實施例說明本發(fā)明換熱網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)有技術(shù)換熱網(wǎng)絡(luò)相比的益處。其中，本發(fā)明方法的益處為制氫的熱能消耗降低、換熱器投資成本降低和耗電量降低。制氫的熱能消耗可使用單位為J/Nm³的凈比能量(net specific energy, NSE)比較，其可定義為：

，

其中：

HHV_燃料為引入燃燒段的補充燃料的較高熱值(J/Nm³)，

F_燃料為燃料的流速(Nm³/h)，

HHV_進料為引入重整器的重整器原料的較高熱值(J/Nm³)，

F_進料為重整器原料的流速(Nm³/h)，

ΔH為在25℃下在輸出蒸汽和水之間的焓差(J/kg)，

F_蒸汽為輸出蒸汽的質(zhì)量流量(kg/h)，且

HPR為制氫速率(Nm³/h)。

換熱器投資成本可通過所有換熱器的換熱表面積之和(總面積)測算。所有四個實施例的NSE、總面積和耗電量匯總于表1中。兩個比較實施例的NSE、總面積和耗電量設(shè)定成100以在歸一化基礎(chǔ)上進行比較。

使用Aspen Technology, Inc.的Aspen Plus?來模擬在實施例中描述的方法。使用用于工業(yè)催化蒸汽-烴重整的典型條件，例如天然氣原料、2.7的蒸汽：碳比率和865℃的離開含催化劑的管的重整產(chǎn)品溫度。各實施例包括高溫變換反應(yīng)器，而不包括預(yù)重整器。在高溫變換反應(yīng)器下游的重整產(chǎn)品的露點為約175℃。

實施例1(比較例)

實施例1的換熱網(wǎng)絡(luò)示于圖3中。重整產(chǎn)品25在417℃下離開高溫變換反應(yīng)器60。在重整產(chǎn)品中的熱隨后通過加熱各種物流回收。首先，重整產(chǎn)品在換熱器70中冷卻到352℃，同時將烴原料75從147℃加熱到371℃。重整產(chǎn)品隨后在鍋爐進水換熱器78中進一步冷卻到158℃，其中重整產(chǎn)品達到其露點溫度(175℃)且在重整產(chǎn)品中的蒸汽開始冷凝。鍋爐進水86在換熱器78中從109℃加熱到232℃。在換熱器78中在熱物流和冷物流之間的溫差達到其容許的設(shè)計最小值(例如，11℃)，或者緊壓(pinch)重整產(chǎn)品物流的露點。重整產(chǎn)品隨后在換熱器77中將原料75從37℃加熱到147℃，且所述原料隨后在換熱器70中由重整產(chǎn)品加熱到371℃。

該實施例示出鍋爐進水和烴原料兩者需要從低于重整產(chǎn)品的露點溫度加熱到高于該露點溫度，且這通過夾在換熱器70中的烴原料加熱與換熱器77中的烴原料加熱之間的在換熱器78中的鍋爐進水加熱的串聯(lián)配置來實現(xiàn)。已知，對于蒸汽重整方法，在高于重整產(chǎn)品的露點的熱物流和低于露點的冷物流之間的換熱(“交叉換熱器”)將損害熱效率(或增加NSE)，且需要最小化。在實施例1的串聯(lián)配置中，在鍋爐進水和重整產(chǎn)品之間的換熱高效地進行，因為換熱器78緊壓在重整產(chǎn)品的露點，指示“交叉換熱”最小化。然而，在換熱器70中在重整產(chǎn)品和原料之間的換熱并不有效，因為遠高于露點(例如，大于352℃)的重整產(chǎn)品用以加熱遠低于露點(例如，低至147℃)的原料。該交叉換熱產(chǎn)生更大的NSE。并且，顯然交叉換熱在串聯(lián)配置中無法避免。

此外，在圖3的換熱網(wǎng)絡(luò)中，變壓吸附單元副產(chǎn)物氣體115通過輔助熱源(熱鍋爐進水)從32℃加熱到221℃，所述熱鍋爐進水通過例如重整產(chǎn)品和煙氣的主熱源加熱。水冷凝物97在換熱器53中自身加熱并冷卻，與鍋爐進水共混，在換熱器76中加熱，送到除氣器110中，在換熱器78中由重整產(chǎn)品加熱并送到蒸汽罐120中。用于加熱變壓吸附單元副產(chǎn)物氣體和水冷凝物的“反復(fù)性”加熱步驟不僅產(chǎn)生熱效率損失或更大的NSE，而且產(chǎn)生較高的投資成本。

該比較換熱網(wǎng)絡(luò)的性能匯總于表1中，作為與實施例2的結(jié)果比較的基礎(chǔ)，實施例2利用根據(jù)本發(fā)明的改進的換熱器網(wǎng)絡(luò)。

表1：不同換熱器網(wǎng)絡(luò)的比較

實施例2

實施例2的換熱網(wǎng)絡(luò)示于圖1中。在該實施例中使用任選的換熱器57和59。

重整產(chǎn)品25在417℃下離開高溫變換反應(yīng)器60。在重整產(chǎn)品中的熱隨后通過加熱各種物流回收。首先，重整產(chǎn)品在換熱器70中冷卻到368℃，由此將烴原料75從208℃加熱到371℃。隨后將重整產(chǎn)品分成四部分。重整產(chǎn)品的第一分開部分在換熱器56中冷卻到129℃，由此將水冷凝物97從38℃加熱到247℃。重整產(chǎn)品的第二分開部分在換熱器58中冷卻到154℃，由此將鍋爐進水86從109℃加熱到229℃。重整產(chǎn)品的第三分開部分在換熱器57中冷卻到58℃，由此將烴原料75從37℃加熱到208℃。重整產(chǎn)品的第四分開部分在換熱器59中冷卻到104℃，由此將變壓吸附單元副產(chǎn)物氣體115從32℃加熱到224℃。第一部分、第二部分、第三部分和第四部分的分開分數(shù)分別為0.27、0.55、0.07和0.11。

重整產(chǎn)品在高于重整產(chǎn)品的露點下進入這四個換熱器且在低于重整產(chǎn)品的露點下離開各換熱器。所有四種冷物流都從低于重整產(chǎn)品的露點加熱到高于重整產(chǎn)品的露點。所有四種換熱器都緊壓重整產(chǎn)品的露點的設(shè)計最小值。這些結(jié)果表示在重整產(chǎn)品和這四種冷物流之間的換熱在最低交叉換熱的情況下或以可實現(xiàn)的最有效方式進行，因此，如在表1中所示，與在實施例1中的換熱網(wǎng)絡(luò)相比較，引起NSE降低0.6%。通過主熱源(重整產(chǎn)品)加熱水冷凝物和變壓吸附單元副產(chǎn)物氣體也促進NSE降低，且與在實施例1中的換熱網(wǎng)絡(luò)相比較，引起總面積或換熱器投資成本降低9.8%。與實施例1相比較，耗電量也降低0.4%，因為消除了與重復(fù)加熱工藝冷凝物和變壓吸附單元副產(chǎn)物氣體關(guān)聯(lián)的泵送。

實施例3-用雙蒸汽罐的對比例

該比較實施例的方法示于圖4中。關(guān)于換熱，在該比較實施例和比較實施例1之間的主要差別在于水冷凝物97和補給鍋爐進水86單獨由重整產(chǎn)品25加熱。實施例3利用多個蒸汽罐120和121以分開含水冷凝物的鍋爐進水與僅由補給水制成的鍋爐進水。由補給水制成的蒸汽用以制成輸出蒸汽150。重整產(chǎn)品25在416℃下離開高溫變換反應(yīng)器60并用以按以下順序串聯(lián)地加熱以下冷物流：在換熱器70中的烴原料75、在換熱器79中的水冷凝物、在換熱器78中的補給鍋爐進水、在換熱器77中的烴原料75和在換熱器76中的水冷凝物97。表2匯總了在這些換熱器中的每一個的冷端和熱端的熱物流和冷物流的溫度。

表2：實施例3的溫度匯總

與在實施例1中的比較性情況類似，所有四種冷物流需要最終加熱到高于重整產(chǎn)品的露點(175℃)，這由換熱器的串聯(lián)布置實現(xiàn)。如在表2中所示，在所有5種換熱器中，僅補給鍋爐進水換熱器78經(jīng)歷重整產(chǎn)品的露點，這表示在重整產(chǎn)品和補給鍋爐進水之間的有效熱傳遞。明顯交叉換熱在換熱器70和79中發(fā)生，這產(chǎn)生熱效率損失或高NSE。此外，顯然該交叉換熱對于串聯(lián)布置的換熱器是不可避免的。這可通過使用原料(交換器77和70)和水冷凝物(換熱器76和79)的分級加熱減輕，但是分級會增加換熱投資成本或總面積。

與實施例1類似，在該實施例中的變壓吸附單元副產(chǎn)物氣體115并非由主熱源加熱，而是由熱鍋爐進水從16℃加熱到221℃。該重復(fù)性加熱耗費NSE和總面積兩者。

該比較性換熱網(wǎng)絡(luò)的性能匯總于表1中，作為與實施例4的結(jié)果比較的基礎(chǔ)，實施例4利用根據(jù)本發(fā)明的改進的換熱器網(wǎng)絡(luò)。

實施例4

實施例4的換熱網(wǎng)絡(luò)示于圖2中。這與實施例2非常類似，因為水冷凝物在此已經(jīng)獨立于補給鍋爐進水被加熱。重整產(chǎn)品25在417℃下離開高溫變換反應(yīng)器60。在重整產(chǎn)品中的熱隨后通過加熱各種物流回收。首先，重整產(chǎn)品在換熱器70中冷卻到368℃，由此將烴原料75從222℃加熱到371℃。隨后將重整產(chǎn)品分成四部分。重整產(chǎn)品物流的第一分開部分在換熱器56中冷卻到162℃，由此將水冷凝物97從115℃加熱到242℃。重整產(chǎn)品物流的第二分開部分在換熱器58中冷卻到162℃，由此將鍋爐進水從110℃加熱到250℃。重整產(chǎn)品物流的第三部分在換熱器57中冷卻到18℃，由此將原料75從5℃加熱到222℃。重整產(chǎn)品的第四分開部分在換熱器59中冷卻到114℃，由此將變壓吸附單元副產(chǎn)物氣體115從16℃加熱到232℃。第一部分、第二部分、第三部分和第四部分的分開分數(shù)分別為0.36、0.45、0.08和0.11。

與實施例2類似，在重整產(chǎn)品和這四種冷物流之間的換熱以可實現(xiàn)的最有效方法進行。如在表1中所示，與在實施例3中的對比例相比較，該換熱網(wǎng)絡(luò)的益處包括NSE降低0.6%，總面積減小0.2%且耗電量降低4.9%。