НАСЫТИТЕЛЬ И СНАБЖЕННАЯ ИМ СИСТЕМА РИФОРМИНГА ПРИРОДНОГО ГАЗА Российский патент 2016 года по МПК C01B3/34 B01J19/24 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к насытителю для добавления водяного пара к газу. Кроме того, настоящее изобретение относится к системе риформинга природного газа, снабженной указанным насытителем.

Предпосылки создания изобретения

В процессе синтеза метанола и в процессе синтеза жидких углеводородов, таких как керосин и газойль (процесс Фишера-Тропша), к углеводородному газу, такому как природный газ, добавляют водяной пар для проведения риформинга, таким образом получая синтез-газ, содержащий водород, монооксид углерода и диоксид углерода, как описано в патентном документе 1 и патентном документе 2. Способы добавления водяного пара к газу в вышеописанных процессах включает способ увлажнения природного газа с использованием насытителя, а также способ непосредственного добавления водяного пара к природному газу.

Также в некоторых случаях насытитель размещают в газовой турбине, в которой водяной пар добавляют к топочному газу, чтобы увлажнить топочный газ.

Насытитель утилизирует тепло от другого источника тепла (газа) в теплообменнике и использует утилизированное тепло для нагрева газа, протекающего через внутреннюю часть насытителя, а также распыляет воду в газ, испаряя воду, так чтобы добавить водяной пар к газу.

Список цитированной литературы

Патентная литература

Патентный документ 1. Нерассмотренная публикация патентной заявки Японии №2003-34660А

Патентный документ 2. Нерассмотренная публикация патентной заявки Японии №2004-277186А

Раскрытие изобретения

Техническая проблема

Существует потребность в повышении эффективности вышеуказанного насытителя при утилизации тепла от другого источника тепла. Например, в случае, когда насытитель размещен для процесса риформинга природного газа, используется насытитель, выполненный таким образом, чтобы низкотемпературный природный газ, в который распылили воду, нагревался теплообменом с высокотемпературным синтез-газом, а затем выводился в виде высокотемпературного природного газа, содержащего водяной пар, имеющий давление насыщенного пара. Однако считается, что возможна еще более эффективная утилизация тепла от синтез-газа в более низком температурном диапазоне.

Кроме того, чтобы с помощью водяного пара надежно выполнять риформинг сырьевого газа, необходимо добавить избыток водяного пара по отношению к содержанию углерода. В случаях, когда температура насыщенного сырьевого газа остается низкой после прохождения через насытитель, водяной пар необходимо добавлять отдельно до подачи насыщенного сырьевого газа в риформер, так как количество содержащегося в нем водяного пара недостаточно для требуемого количества. Следовательно, желательно, чтобы вышеупомянутый насытитель выводил насыщенный газ с более высоким содержанием водяного пара, которое получают за счет увлажнения при высокой температуре.

Целью настоящего изобретения является обеспечение такого насытителя, который делает возможной более эффективную утилизацию и использование тепла от источника тепла для доведения количества водяного пара, которое добавляют к газу (текучей среде), до максимума.

Решение проблемы

Одним аспектом настоящего изобретения является насытитель, который содержит путь движения потока, по которому протекает первая текучая среда; один или множество первых теплообменных блоков, которые размещены вдоль направления потока на пути движения потока первой текучей среды, причем первый теплообменный блок вызывает теплообмен между первой текучей средой и второй текучей средой; второй теплообменный блок, размещенный на стороне ниже по потоку от первого теплообменного блока вдоль направления потока на пути движения потока первой текучей среды, причем второй теплообменный блок вызывает теплообмен между третьей текучей средой и первой текучей средой после прохождения через первый теплообменный блок; увлажняющий блок для добавления воды к первой текучей среде, протекающей по пути движения потока на стороне выше по потоку от первой текучей среды из первого теплообменного блока и второго теплообменного блока; и транспортировочную линию для транспортировки третьей текучей среды после осуществления теплообмена во втором теплообменном блоке из второго теплообменного блока на сторону выше по потоку от первой текучей среды из первого теплообменного блока таким образом, чтобы третья текучая среда протекала по пути движения потока в качестве первой текучей среды. При этом в первом теплообменном блоке первую текучую среду нагревают и увлажняют, а вторую текучую среду охлаждают и выводят за пределы системы, а во втором теплообменном блоке первую текучую среду нагревают и увлажняют до давления насыщенного пара, после чего выводят за пределы системы, а третью текучую среду охлаждают.

В вышеуказанном аспекте предпочтительно, чтобы путь движения потока представлял собой одну колонну, в которую вмещены первый теплообменный блок и второй теплообменный блок.

Альтернативно в вышеуказанном аспекте предпочтительно, чтобы путь движения потока представлял собой трубопровод для соединения друг с другом множества емкостей, в которых первый теплообменный блок и второй теплообменный блок размещены в соответствующих емкостях.

В насытителе в соответствии с вышеуказанным аспектом множество теплообменных блоков размещено на пути движения потока. Во втором теплообменном блоке третья текучая среда, которая имеет высокую температуру и представляет собой тот же газ, что и первая текучая среда, используют для нагрева и увлажнения первой текучей среды непосредственно до вывода из насытителя. Третья текучая среда, так же как и первая текучая среда, тоже течет по пути движения потока насытителя и используется для охлаждения второй текучей среды в первом теплообменном блоке.

Использование вышеописанной конфигурации позволяет повысить температуру первой текучей среды, которую выводят из насытителя, а также позволяет снизить температуру второй текучей среды. Следовательно, повышается эффективность утилизации тепла внутри системы. Кроме того, снижение температуры второй текучей среды предпочтительно, так как это приводит к снижению количества избыточного тепла от второй текучей среды в потоке после насытителя.

Другой аспект настоящего изобретения представляет собой систему риформинга природного газа, которая снабжена риформером, который вызывает реакцию между природным газом, представляющим собой первую текучую среду, и водяным паром, ведущую к получению синтез-газа, представляющего собой вторую текучую среду и содержащего водород, монооксид углерода и диоксид углерода, резервуаром для хранения природного газа, представляющего собой третью текучую среду, и насытителем в соответствии с вышеуказанным аспектом.

Например, в случае, когда насытитель размещен в системе риформинга природного газа, это позволяет снизить количество водяного пара, добавленного извне системы (например, из котла-утилизатора) к увлажненному природному газу (третьей текучей среде), посредством чего может повышаться эксплуатационная эффективность системы.

Преимущественные эффекты изобретения

В соответствии с настоящим изобретением температура первой текучей среды, которую выводят из насытителя, дополнительно повышается, а температура второй текучей среды дополнительно снижается. То есть насытитель настоящего изобретения способен лучше утилизировать тепло, чем традиционные продукты, что приводит к повышению теплового коэффициента полезного действия всей системы.

Если насытитель настоящего изобретения размещен в системе риформинга природного газа, можно уменьшить количество водяного пара, добавляемого к природному газу, который представляет собой сырьевой газ, извне системы. Также можно снизить потребление природного газа для производственных целей.

Краткое описание рисунков

Фиг. 1 представляет собой принципиальную схему системы риформинга природного газа.

Фиг. 2 представляет собой принципиальную схему насытителя в варианте 1.

Фиг. 3 представляет собой принципиальную схему насытителя в варианте 2.

Фиг. 4 представляет собой принципиальную схему насытителя в варианте 3.

Фиг. 5 представляет собой принципиальную схему насытителя второго варианта осуществления.

Описание вариантов осуществления

Насытитель настоящего изобретения применяют в системе синтеза метанола или системе синтеза жидких углеводородов, в которых используют добавление водяного пара к сырьевому газу, или в газовой турбине, которая добавляет водяной пар к топочному газу или топочному воздуху.

Ниже будут описаны варианты осуществления насытителя настоящего изобретения, в которых в качестве примера приведена система риформинга (парового риформинга) природного газа.

Фиг. 1 представляет собой принципиальную схему системы риформинга природного газа. Система 1 риформинга природного газа снабжена риформером 2, котлом-утилизатором 9 избыточного тепла, линией 10 подачи природного газа и насытителем 20.

Риформер 2 снабжен реакционной трубой 3, печью 4 риформинга, блоком 5 утилизации избыточного тепла и вытяжной трубой 6. Реакционная труба 3 размещена в печи 4 риформинга. Реакционная труба 3 заполнена катализатором (например, на никелевой основе или подобным), находящимся в ней. Реакционная труба 3 соединена с насытителем 20 посредством трубопровода 7. Трубопровод 7 выполнен таким образом, что он проходит через блок 5 утилизации избыточного тепла. Кроме того, реакционная труба 3 соединена с насытителем 20 посредством трубопровода 8 через котел-утилизатор 9 избыточного тепла.

Топочный газ (например, природный газ) и воздух подают в печь 4 риформинга по трубопроводу (не показан). Реакционную трубу 3 нагревают до приблизительно 850-900°С в результате сгорания топочного газа в печи 4 риформинга. Отработанный в печи 4 риформинга топочный газ транспортируют через блок 5 утилизации избыточного тепла в вытяжную трубу 6 и выводят за пределы риформера 2 из вытяжной трубы 6.

Линия 10 подачи природного газа соединена с насытителем 20. Линия 10 подачи природного газа соединена с источником подачи природного газа (не показан).

[Первый вариант осуществления]

(Вариант 1)

Фиг. 2 представляет собой принципиальную схему примера (вариант 1) насытителя первого варианта осуществления. Насытитель 20 в соответствии с вариантом 1 содержит первые теплообменные блоки 22а, 22b и второй теплообменный блок 23, размещенные в колонне 21. Первая текучая среда течет через колонну 21 вниз с ее верхней стороны. То есть колонна 21 представляет собой путь движения потока, по которому течет первая текучая среда. В случае когда насытитель размещен в системе риформинга природного газа, первая текучая среда представляет собой природный газ.

Первые теплообменные блоки 22а, 22b представляют собой теплообменные блоки корпусного типа. В теплообменном блоке корпусного типа на периферии колонны 21 размещено множество труб, и вторая текучая среда течет через трубы. В случае когда насытитель размещен в системе 1 риформинга природного газа, вторая текучая среда представляет собой синтез-газ, подаваемый из реакционной трубы 3. В первых теплообменных блоках 22а, 22b происходит бесконтактный теплообмен между первой текучей средой и второй текучей средой.

Вдоль направления потока первой текучей среды размещают один или более первых теплообменных блоков. Насытитель 20 в варианте 1 выполнен таким образом, чтобы в нем были предусмотрены два первых теплообменных блока. После размещения множества первых теплообменных блоков 22а, 22b смежно друг с другом их соединяют с помощью трубопровода 24. Вторая текучая среда течет по трубопроводу 24. В насытителе 20 на фиг. 2 вторая текучая среда течет в насытитель 20 из первого теплообменного блока 22b, размещенного на стороне ниже по потоку от первой текучей среды, после чего ее выводят за пределы насытителя 20 из первого теплообменного блока 22а, размещенного на стороне выше по потоку от первой текучей среды.

Второй теплообменный блок 23 размещен на стороне ниже по потоку от первой текучей среды из первых теплообменных блоков 22а, 22b. Второй теплообменный блок 23 представляет собой теплообменный блок корпусного типа, в котором третья текучая среда течет по трубам, размещенным на периферии колонны 21. В случае когда насытитель размещен в системе 1 риформинга природного газа, третья текучая среда представляет собой природный газ (сырьевой газ). Третью текучую среду подают из линии 10 подачи природного газа. Во втором теплообменном блоке 23 происходит бесконтактный теплообмен между первой текучей средой и третьей текучей средой.

Второй теплообменный блок 23 соединен с верхней частью колонны 21 через транспортировочную линию 25. Третья текучая среда течет по транспортировочной линии 25. Третья текучая среда течет в колонну 21 с верхней части колонны 21 и протекает через колонну 21 в качестве первой текучей среды.

Увлажняющие блоки 26а, 26b, 26с размещены в первых теплообменных блоках 22а, 22b и во втором теплообменном блоке 23 соответственно. В увлажняющих блоках 26а, 26b, 26с предусмотрены распылительные блоки (не показаны), которые распыляют воду в первую текучую среду, протекающую через колонну 21, блоки хранения 27а, 27b, 27с, которые утилизируют и хранят избыточную воду после распыления и конденсированную воду, а также насосы 28а, 28b, 28с, которые осуществляют циркуляцию воды из блоков хранения 27а, 27b, 27с в распылительные блоки. Распылительные блоки размещены на сторонах выше по потоку от первой текучей среды из первых теплообменных блоков 22а, 22b и второго теплообменного блока 23.

Трубопровод 29 присоединен на сторонах выше по потоку от первых теплообменных блоков 22а, 22b и второго теплообменного блока 23. Воду подают в первую текучую среду извне насытителя 20 по трубопроводу 29. Вода, подаваемая по трубопроводу 29, может быть технической водой или может быть конденсированной водой, полученной при дальнейшем охлаждении второй текучей среды, которую выводят за пределы насытителя 20 из первого теплообменного блока 22а.

Ниже будет описан процесс увлажнения газа с использованием насытителя 20 в варианте 1 с иллюстрацией примера увлажнения природного газа.

Природный газ, имеющий высокую температуру, течет во второй теплообменный блок 23 в качестве третьей текучей среды. Третью текучую среду нагревают, например, при прохождении по линии 10 подачи природного газа через блок 5 утилизации избыточного тепла в риформер 2. В частности, до втекания во второй теплообменный блок 23 третью текучую среду нагревают до приблизительно 380-400°С (температура T₁). Кроме того, третья текучая среда практически не содержит водяного пара.

Во втором теплообменном блоке 23 происходит теплообмен между первой текучей средой (температура Т₉), протекающей через колонну 21, и третьей текучей средой. Данный теплообмен позволяет охладить третью текучую среду до температуры Т₂.

После охлаждения до температуры Т₂ третья текучая среда протекает по транспортировочной линии 25 и течет в колонну 21 с верхней части колонны 21 в качестве первой текучей среды. Первая текучая среда течет через колонну 21 вниз с верхней части колонны 21.

Распылительный блок увлажняющего блока 26а распыляет воду в первую текучую среду до втекания в первый теплообменный блок 22а. Распыленная вода входит в контакт с первой текучей средой (температура Т₂), а затем испаряется, добавляя водяной пар к первой текучей среде. В то же время первая текучая среда охлаждается до температуры Т₃ за счет теплоты парообразования. Преимуществом является то, что на этом этапе первая текучая среда содержит водяной пар с давлением насыщенного пара, что приводит к повышению эффективности утилизации и снижению количества водяного пара, добавляемого в систему извне, что будет описано ниже, таким образом повышая энергоэффективность всей системы 1 риформинга природного газа.

Синтез-газ получают в реакционной трубе 3 риформера 2 в качестве второй текучей среды.

Природный газ (включая углеводороды, основным компонентом которых является СН₄), увлажненный в насытителе 20 в результате вышеописанного процесса, подается из трубопровода 7 в реакционную трубу 3. В реакционной трубе углеводороды в природном газе вступают в реакцию с водяным паром с получением монооксида углерода (СО) и водорода (Н₂). Таким образом, монооксид углерода СО далее реагирует с водяным паром с получением диоксида углерода (СО₂) и Н₂. То есть синтез-газ содержит Н₂, СО, СО₂ и водяной пар.

Синтез-газ после охлаждения в котле-утилизаторе 9 избыточного тепла выводят из реакционной трубы 3 по трубопроводу 8 и транспортируют в насытитель 20. В частности, при пропускании синтез-газа, выведенного из риформера 2 при 850-900°С, через котел-утилизатор 9 избыточного тепла синтез-газ охлаждается до приблизительно 300-400°С (температура Т₁₁), а затем подается на первый теплообменный блок 22b в насытителе 20.

Синтез-газ протекает в первый теплообменный блок 22b в качестве второй текучей среды. Затем вторая текучая среда, которая протекла через первый теплообменный блок 22b, по трубопроводу 24 протекает в первый теплообменный блок 22а. После этого вторую текучую среду, которая протекла через первый теплообменный блок 22а, выводят за пределы насытителя 20.

В первых теплообменных блоках 22а, 22b происходит теплообмен между первой текучей средой и второй текучей средой, протекающими через колонну 21. В процессе данного теплообмена первая текучая среда нагревается. В то же время вторая текучая среда охлаждается. В варианте 1 первую текучую среду нагревают в первом теплообменном блоке 22а с температуры Т₃ на входе до температуры Т₄ на выходе, после чего нагревают в первом теплообменном блоке 22b с температуры Т₅ на входе до температуры Т₆ на выходе. Вторую текучую среду охлаждают в первом теплообменном блоке 22b с температуры Т₁₁ до температуры Т₁₃, после чего охлаждают в первом теплообменном блоке 22а с температуры Т₁₃ до температуры Т₁₄.

В насытителе 20 в варианте 1 распылительные блоки увлажняющих блоков 26а, 26b распыляют воду в колонну 21 с верхних сторон первых теплообменных блоков 22а, 22b. По мере прохождения через первые теплообменные блоки 22а, 22b распыленная вода испаряется под воздействием тепла первой текучей среды и второй текучей среды. В результате данного процесса первая текучая среда нагревается, сохраняя давление насыщенного пара, в то время как первая текучая среда проходит через первые теплообменные блоки 22а, 22b.

Избыточную воду после распыления и конденсированную воду утилизируют в блоках хранения 27а, 27b и осуществляют циркуляцию в распылительные блоки в увлажняющих блоках 26а, 26b насосами 28а, 28b.

Первая текучая среда после прохождения через первый теплообменный блок 22b и достижения температуры Т₆ течет во второй теплообменный блок 23 с температурой T₉. Во втором теплообменном блоке 23 первая текучая среда подвергается теплообмену с третьей текучей средой и нагревается от температуры Т₉ до температуры Т₁₀.

Распылительный блок увлажняющего блока 26с распыляет воду в колонну 21 с верхней стороны второго теплообменного блока 23. По мере прохождения через второй теплообменный блок 23 распыленная вода испаряется под действием тепла первой текучей среды и третьей текучей среды. По мере прохождения через второй теплообменный блок 23 первая текучая среда нагревается, сохраняя давление насыщенного пара благодаря данному процессу.

Первую текучую среду после прохождения через второй теплообменный блок 23 выводят из насытителя 20 вместе с водяным паром, имеющим давление насыщенного пара, и транспортируют по трубопроводу 7 в реакционную трубу 3 риформера 2. Кроме того, природный газ подвергают риформингу в вышеописанной реакционной трубе 3 таким образом, чтобы соотношение между количеством водяного пара и количеством углерода составляло приблизительно 2 к 3. Для достижения вышеуказанного соотношения водяного пара, возможно, потребуется добавить к первой текучей среде водяной пар в середине трубопровода 7.

(Вариант 2)

Фиг. 3 представляет собой принципиальную схему другого примера (вариант 2) насытителя первого варианта осуществления. Насытитель 30 в варианте 2 имеет такую же конфигурацию, что и насытитель 20 на фиг. 2, за исключением того, что предусмотрены первые теплообменные блоки (22а-22с) и увлажняющий блок 26d размещен в первом теплообменном блоке 22с. Первые теплообменные блоки 22а-22с соединены трубопроводом 24.

В варианте 2 первую текучую среду нагревают с температуры Т₇ на входе до температуры Т₈ на выходе в первом теплообменном блоке 22с. Первая текучая среда, имеющая температуру Т₈, достигает второго теплообменного блока 23, при этом первая текучая среда имеет температуру Т₉. Так как увлажняющий блок 26d распыляет воду с верхней части первого теплообменного блока 22с, первая текучая среда проходит через первый теплообменный блок 22с, сохраняя давление насыщенного пара и нагреваясь.

Кроме того, вторая текучая среда течет из реакционной трубы 3 риформера 2 в первый теплообменный блок 22 с через котел-утилизатор 9 избыточного тепла. Вторую текучую среду охлаждают в первом теплообменном блоке 22с с температуры Т₁₁ до температуры Т₁₂, а затем охлаждают в первом теплообменном блоке 22b с температуры Т₁₂ до температуры Т₁₃, после чего охлаждают в первом теплообменном блоке 22а с температуры Т₁₃ до температуры Т₁₄. Вторую текучую среду, имеющую температуру Т₁₄, выводят из насытителя 20.

В вариантах 1 и 2 тепловой коэффициент полезного действия всей системы увеличивается, так как предусмотрен второй теплообменный блок, и первая текучая среда нагрета с использованием тепла третьей текучей среды, которая представляет собой тот же газ и имеет высокую температуру. Разность температур ΔT между температурой Т₉ первой текучей среды и температурой Т₂ третьей текучей среды может быть при необходимости задана в условиях, удовлетворяющих Т₂>Т₉. При уменьшении данной разности температур ΔT повышается эффективность утилизации тепла всей системы, так как тепло третьей текучей среды можно использовать для нагрева первой текучей среды, которая является той же, что и третья текучая среда.

Меньшая разность температур ΔТ приводит к меньшей температуре Т₂. Чем ниже температура Т₂ третьей текучей среды, тем больше температура Т₃ первой текучей среды может снижаться после распыления воды в верхней части первого теплообменного блока 22а в колонне 21. Чем ниже температура Т₃ первой текучей среды, тем больше повышается утилизация тепла от второй текучей среды.

По мере увеличения числа размещаемых первых теплообменных блоков больше тепла может утилизироваться из второй текучей среды, в большей степени можно снизить температуру Т₁₄ второй текучей среды, отведенной из насытителя 20, 30, и в большей степени можно поднять температуру Т₁₀ первой текучей среды. Однако для того чтобы происходила утилизация тепла, температура второй текучей среды должна быть выше температуры первой текучей среды в каждом из первых теплообменных блоков. Число первых теплообменных блоков, которые должны быть размещены, устанавливают соответствующим образом в диапазоне, в котором достигается данное температурное отношение.

(Вариант 3)

Фиг. 4 представляет собой принципиальную схему насытителя (вариант 3) в качестве сравнительного примера. В насытителе 40 в варианте 3 имеется первый теплообменный блок 42, размещенный в колонне 41, и отсутствует второй размещенный теплообменный блок.

В варианте 3 третья текучая среда (температура T₁ от 380 до 400°С) протекает в колонну 41 с верхней части колонны 41 в качестве первой текучей среды. Как и в варианте 1, воду подают извне системы по трубопроводу 49 на распылительный блок 50 увлажняющего блока 46 и распыляют воду в первую текучую среду из распылительного блока в верхней части первого теплообменного блока 42. Распыление воды охлаждает первую текучую среду до температуры Т₃ и увлажняет первую текучую среду до давления насыщенного пара. В варианте 3 избыточную воду после распыления и конденсированную воду утилизируют в блоке хранения 47, после чего с помощью насоса 48 осуществляют циркуляцию в распылительный блок увлажняющего блока 46.

Когда первая текучая среда течет через первый теплообменный блок 42, происходит теплообмен между первой текучей средой и второй текучей средой. В результате данного процесса первую текучую среду нагревают с температуры Т₃ до температуры Т₁₀, сохраняя давление насыщенного пара, а затем выводят из насытителя 40. Вторую текучую среду охлаждают в вышеуказанном теплообменнике с температуры Т₁₁ до температуры Т₁₄, после чего выводят из насытителя 40.

В таблице 1 показаны примеры температур T₁-T₁₄ в насытителях в вариантах 1-3. Температура T₁ третьей текучей среды и температура Т₁₁ второй текучей среды, которые протекают в насытители, в вариантах 1 и 2 являются такими же, как и в варианте 3.

Так как в вариантах 1 и 2 размещают второй теплообменный блок 23 и используют тепло третьей текучей среды, которая имеет высокую температуру, для нагрева первой текучей среды, температура Т₁₀ первой текучей среды после увлажнения насытителем будет выше, чем в варианте 3.

В случае с системой 1 риформинга природного газа первую текучую среду, выведенную из насытителя, к которой дополнительно добавлен водяной пар, подают в реакционную трубу 3 риформера 2 для того, чтобы получить количество водяного пара, необходимое для получения синтез-газа, как описано выше. Так как количество водяного пара в первой текучей среде эквивалентно давлению насыщенного пара в вариантах 1-3, количество водяного пара в первой текучей среде, выведенной из насытителя, в вариантах 1 и 2 выше, чем в варианте 3. Таким образом, использование насытителей 20, 30 в соответствии с вариантами 1 и 2 позволяет снизить количество водяного пара, добавляемого извне системы.

Кроме того, так как третья текучая среда, имеющая более низкую температуру, протекает в верхнюю часть колонны 21 в вариантах 1 и 2, температуру Т₃ выше по потоку от первой текучей среды из первого теплообменного блока 22а можно снизить больше, чем в варианте 3. Количество тепла, утилизированного из второй текучей среды в процессе теплообмена в первых теплообменных блоках 22а-22с, может повышаться в вариантах 1 и 2, увеличивая тепловой коэффициент полезного действия системы и позволяя значительно снизить температуру второй текучей среды, выведенной из насытителя. Вторая текучая среда (синтез-газ), выведенная из насытителей 20 и 30, дополнительно охлаждается в системе 1 риформинга природного газа, но количество избыточного тепла из второй текучей среды на стороне после потока может снижаться в вариантах 1 и 2.

[Второй вариант осуществления]

Фиг. 5 представляет собой принципиальную схему примера насытителя второго варианта осуществления. На фиг. 5 для тех же составных элементов, которые используются в первом варианте осуществления, использованы те же символы.

Насытитель 60 второго варианта осуществления оснащен множеством емкостей 61а-61с. Первые теплообменные блоки 22а, 22b корпусного типа размещены внутри емкостей 61а, 61b соответственно. Второй теплообменный блок 23 корпусного типа размещен внутри емкости 61с.

Емкость 61а и емкость 61b соединены с помощью трубопровода 62а. Емкость 61b и емкость 61 с соединены с помощью трубопровода 62b. Следовательно, емкость 61а, трубопровод 62а, емкость 61b, трубопровод 62b и емкость 61с составляют путь движения потока, по которому течет первая текучая среда.

Второй теплообменный блок 23 в емкости 61с соединен с верхней частью емкости 61а через транспортировочную линию 25. Третья текучая среда течет по транспортировочной линии 25. Третья текучая среда течет в емкость 61а с верхней части емкости 61а и течет по пути движения потока в качестве первой текучей среды.

Емкость 61а и емкость 61b соединены друг с другом трубопроводом 24а. Вторая текучая среда течет через трубу, размещенную на периферии контейнера 61b, который вмещает первый теплообменный блок 22b, течет через трубу, размещенную на периферии емкости 61а, которая вмещает первый теплообменный блок 22а, а затем выводится за пределы насытителя 60.

Увлажняющие блоки 26а-26с размещены в соответствующих емкостях 61а-61с. Трубопровод 29 соединен с каждой из емкостей 61а-61с. Места соединения трубопровода 29 находятся на сторонах выше по потоку от первой текучей среды из первых теплообменных блоков 22а, 22b и из второго теплообменного блока 23.

Пример случая, когда размещены два первых теплообменных блока, представлен на фиг. 5, но можно разместить один, три или большее число первых теплообменных блоков.

В насытителе 60 второго варианта осуществления теплообмен происходит так же, как и в варианте 1 первого варианта осуществления.

То есть во втором теплообменном блоке 23 в емкости 61 с происходит теплообмен между первой текучей средой (температура Т₉) и третьей текучей средой, которая течет по пути движения потока. Данный теплообмен позволяет охладить третью текучую среду до температуры Т₂.

После охлаждения до температуры Т₂ третья текучая среда течет по транспортировочной линии 25 и течет в качестве первой текучей среды в емкость 61а с верхней части емкости 61а.

Распылительный блок увлажняющего блока 26а распыляет воду в первую текучую среду до протекания в первый теплообменный блок 22а. Распыленная вода входит в контакт с первой текучей средой (температура Т₂) и испаряется, добавляя водяной пар к первой текучей среде и доводя температуру первой текучей среды до температуры Т₃.

Синтез-газ, выведенный из реакционной трубы 3 в качестве второй текучей среды, охлаждают до температуры Т₁₁ (приблизительно 300-400°С), а затем подают на первый теплообменный блок 22b в емкости 61b.

В первых теплообменных блоках 22а, 22b происходит теплообмен между первой текучей средой и второй текучей средой. Первую текучую среду нагревают в первом теплообменном блоке 22а с температуры Т₃ на входе до температуры Т₄ на выходе, а затем транспортируют по трубопроводу 62а из емкости 61а в емкость 61b. Первую текучую среду нагревают с температуры Т₅ на входе до температуры Т₆ на выходе в первом теплообменном блоке 22b.

Вторую текучую среду охлаждают в первом теплообменном блоке 22b с температуры Т₁₁ до температуры Т₁₃, а затем транспортируют по трубопроводу 24 из емкости 61b в емкость 61а. Вторую текучую среду охлаждают с температуры Т₁₃ до температуры Т₁₄ в первом теплообменном блоке 22а. Вторую текучую среду выводят из насытителя 60, при этом вторая текучая среда имеет температуру Т₁₄.

Также во втором варианте осуществления вода, распыленная из распылительных блоков увлажнительных блоков 26а, 26b, испаряется под действием тепла первой текучей среды и второй текучей среды в первых теплообменных блоках 22а, 22b. Соответственно, по мере прохождения через первые теплообменные блоки 22а, 22b первая текучая среда нагревается, сохраняя давление насыщенного пара.

После того как первая текучая среда пройдет через первый теплообменный блок 22b и достигнет температуры Т₆, первая текучая среда проходит из емкости 61b по трубопроводу 62b и протекает в емкость 61с, при этом первая текучая среда имеет температуру Т₉. Во втором теплообменном блоке 23 в емкости 61с происходит теплообмен между первой текучей средой и третьей текучей средой, в результате чего первая текучая среда нагревается с температуры Т₉ до температуры Т₁₀. Так как в этот момент вода распыляется распылительным блоком увлажняющего блока 26с с верхней части второго теплообменного блока 23, при прохождении через второй теплообменный блок 23 первая текучая среда нагревается, сохраняя давление насыщенного пара.

Первую текучую среду, прошедшую через второй теплообменный блок 23, выводят из насытителя 60 вместе с водяным паром, имеющим давление насыщенного пара, при этом первая текучая среда имеет температуру Т₁₀.

Так как насытитель 60 на фиг. 5 выполняет теплообмен аналогично варианту 1, как описано выше, температуры Т₁-Т₁₄ практически аналогичны тем, которые приведены в таблице 1 в варианте 1. То есть во втором варианте осуществления также возможно повысить температуру Т₁₀ первой текучей среды после нагрева насытителем. Кроме того, можно снизить температуру Т₃ первой текучей среды выше по потоку от первого теплообменного блока 22а.

Перечень ссылочных позиций

1 Система риформинга природного газа

2 Риформер

3 Реакционная труба

4 Печь риформинга

5 Блок утилизации избыточного тепла

6 Вытяжная труба

7, 8, 24, 29, 62а, 62b Трубопровод

9 Котел-утилизатор избыточного тепла

10 Линия подачи природного газа

20, 30, 60 Насытитель

21 Колонна

22а, 22b Первый теплообменный блок

23 Второй теплообменный блок

25 Транспортировочная линия

26а, 26b, 26с, 26d Увлажняющий блок

27а, 27b, 27с Блок хранения

28а, 28b, 28с Насос

61а, 61b, 61с Емкость.

Изобретение относится к насытителю для добавления водяного пара к газу и системе риформинга природного газа, снабженной таким насытителем. Насытитель содержит путь движения потока, по которому течет первая текучая среда, первый теплообменный блок, который вызывает теплообмен между первой текучей средой и второй текучей средой, второй теплообменный блок, который вызывает теплообмен между третьей текучей средой и первой текучей средой, после того как первая текучая среда прошла через первый теплообменник, увлажняющий блок для добавления воды к первой текучей среде, текущей по пути движения потока на сторонах выше по потоку от первой текучей среды из первого теплообменного блока и второго теплообменного блока, и транспортировочную линию для транспортировки третьей текучей среды после теплообмена во втором теплообменном блоке из второго теплообменного блока на сторону выше по потоку от первой текучей среды из первого теплообменного блока таким образом, чтобы третья текучая среда протекала по пути прохождения потока в качестве первой текучей среды. При этом в первом теплообменном блоке первую текучую среду нагревают и увлажняют, а вторую текучую среду охлаждают и выводят за пределы системы, а во втором теплообменном блоке первую текучую среду нагревают и увлажняют до давления насыщенного пара и выводят за пределы системы, а третью текучую среду охлаждают. Изобретение позволяет повысить эффективность утилизации и использования тепла от источника тепла, что приводит к повышению теплового коэффициента полезного действия. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 5 ил., 1 табл.

1. Насытитель, содержащий:
путь движения потока, по которому течет первая текучая среда;
один или множество первых теплообменных блоков, размещенных вдоль направления потока на пути движения потока первой текучей среды, причем первый теплообменный блок вызывает теплообмен между указанной первой текучей средой и второй текучей средой;
второй теплообменный блок, размещенный на стороне ниже по потоку от первого теплообменного блока вдоль направления потока на пути движения потока первой текучей среды, причем второй теплообменный блок вызывает теплообмен между третьей текучей средой и указанной первой текучей средой после прохождения через первый теплообменный блок;
увлажняющий блок для добавления воды к первой текучей среде, текущей по пути движения потока на сторонах выше по потоку от первой текучей среды из первого теплообменного блока и второго теплообменного блока; и
транспортировочную линию для транспортировки третьей текучей среды после теплообмена во втором теплообменном блоке из второго теплообменного блока на сторону выше по потоку от первой текучей среды из первого теплообменного блока таким образом, чтобы третья текучая среда протекала по пути прохождения потока в качестве первой текучей среды; при этом
в первом теплообменном блоке первую текучую среду нагревают и увлажняют, а вторую текучую среду охлаждают и выводят за пределы системы; а
во втором теплообменном блоке первую текучую среду нагревают и увлажняют до давления насыщенного пара и выводят за пределы системы, а третью текучую среду охлаждают.

2. Насытитель по п. 1, в котором путь движения потока представляет собой одну колонну, которая вмещает первый теплообменный блок и второй теплообменный блок.

3. Насытитель по п. 1, в котором путь движения потока представляет собой трубопровод, соединяющий множество емкостей друг с другом;
при этом первый теплообменный блок и второй теплообменный блок размещены в соответствующих емкостях.

4. Система риформинга природного газа, содержащая:
риформер для проведения реакции между природным газом, который представляет собой первую текучую среду, и водяным паром с получением синтез-газа, который представляет собой вторую текучую среду и содержит водород, монооксид углерода и диоксид углерода;
линию подачи природного газа для подачи природного газа, который представляет собой третью текучую среду; и
насытитель по любому из пп. 1-3.