СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕКУПЕРАЦИИ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ В УСТАНОВКАХ, СОДЕРЖАЩИХ, ПО МЕНЬШЕЙ МЕРЕ, ОДИН РИФОРМЕР, ЛОГИЧЕСКИЙ БЛОК И ПРИМЕНЕНИЕ УСТРОЙСТВА ДЛЯ РЕКУПЕРАЦИИ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ Российский патент 2020 года по МПК F01K23/10 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к способу и устройству для рекуперации тепловой энергии в установках, содержащих, по меньшей мере, один риформер, в частности в установках для получения синтез-газа с паровым риформингом, в которых связываются, по меньшей мере, следующие технологические потоки установки: воздух для горения для риформера, котловая питательная вода для производства пара, технологический конденсат на охлаждающем тракте установки и дымовой газ из риформера, причем дымовой газ и воздух для горения подаются по каналу для дымового газа, в котором происходит рекуперация тепловой энергии. В частности, изобретение относится к способу и устройству в соответствии с ограничительной частью соответствующего независимого пункта формулы.

Уровень техники

Вниз по потоку за риформерами, в частности в процессах парового риформинга, например для получения водорода, аммиака, синтез-газа, существует стремление максимально широко использовать тепловую энергию, в частности с целью повышения энергоэффективности всей установки. Однако эффективное использование, в частности, низкопотенциальной энергии или низкопотенциального тепла особенно в установках для получения синтез-газа, во многих случаях реализовать непросто, в частности из-за высоких, необходимых для этого капиталовложений.

В US 2013/0213489 А1 описаны способ и устройство для получения технологического пара и котлового питательного водяного пара в обогреваемом риформере для получения синтез-газа. Также в DE 102010044939 В3 описано такое устройство, причем тепло полученного синтез-газа перед конверсией монооксида углерода используется для испарения технологического конденсата, и причем предложено подводить к технологическому конденсату посредством теплообменника тепловую энергию, каковой теплообменник расположен вниз по потоку за риформером и вверх по потоку перед блоком высокотемпературной конверсии.

В US 4897999 А описана паровая электростанция с несколькими турбинами и несколькими теплообменными ступенями в канале для дымового газа для теплообмена с конденсатом/водой и несколькими теплообменными ступенями в канале для подачи печного газа. В публикациях US 3980452 A, US 2011/0239864 A1, EP 2103569 A2, US 2008/0243310 A1, EP 2233433 A1, US 2007/0237710 A1 описаны другие устройства для направления газа или для теплообмена, в частности в связи с получением синтез-газа.

Раскрытие изобретения

Задачей изобретения является создание способа и устройства с описанными выше признаками, которые позволили бы повысить энергоэффективность установок, эксплуатируемых в сочетании с процессами риформинга. В частности, использование тепловой энергии или низкопотенциальной энергии должно осуществляться таким образом, чтобы возникали ощутимые технологические преимущества и чтобы концепция использования энергии обеспечивала стимул также в финансовом отношении.

Эта задача решается посредством способа рекуперации тепловой энергии в установках, содержащих, по меньшей мере, один риформер, в частности в установках для получения синтез-газа с паровым риформингом, в которых объединяются, по меньшей мере, следующие среды или технологические потоки установки: воздух для горения (VL) для риформера, котельная питательная вода (KSW) для производства пара, в частности в паровом барабане установки, технологический конденсат (PK) на охлаждающем тракте установки, каковой технологический конденсат может быть отделен от синтез-газа, и дымовой газ (RG) из риформера, причем на охлаждающем тракте происходит, по меньшей мере, частичное испарение технологического конденсата, дымовой газ отводится по каналу для дымового газа, в котором происходит рекуперация тепловой энергии, воздух для горения подается перед приточным воздухом к риформеру по каналу для дымового газа с целью рекуперации тепловой энергии, причем предложено, что для рекуперации тепловой энергии технологический конденсат за счет теплоообмена с полученным в установке газом, в частности синтез-газом (крекинг-газ или технологический газ), подогревается и/или испаряется на охлаждающем тракте, в частности исключительно на нем, и что воздух для горения перед осуществляемым в канале для дымового газа подогревом подогревается за счет теплообмена с котловой питательной водой. Этим облегчается использование имеющейся тепловой энергии, в частности низкопотенциального тепла, в частности также в сочетании с сокращением расходов на компоненты оборудования (теплообменники) или в отношении процесса. В частности, могут быть обеспечены уменьшение числа аппаратов или их величины и, следовательно, снижение капитальных затрат.

Низкопотенциальное тепло котловой питательной воды может использоваться для подогрева воздуха для горения. Далее охлажденная котловая питательная вода, в частности на конце канала для дымового газа, может быть нагрета против холодного дымового газа. Оказалось, что предложенная связь обеспечивает эффективное использование низкопотенциальной энергии котловой питательной воды или дымового газа. Теплообмен между котловой питательной водой и воздухом для горения, в частности на первой теплообменной ступени, обеспечивает различную гибкую связь или несколько вариантов описанных ниже устройств и позволяет эффективно использовать отходящее тепло. При этом, в частности, оказалось предпочтительным, если все испарение технологического конденсата (РК-испарение) происходит на охлаждающем тракте установки для получения синтез-газа. Благодаря этому можно отказаться, например, от РК-барабана или парового барабана. Испарение может происходить в одном или нескольких аппаратах. Оказалось, что такое устройство для рекуперации тепловой энергии может использоваться, в частности, в установке для получения синтез-газа/водорода с двухпаровыми системами.

В установках для получения синтез-газа/водорода с одной паровой системой котловая питательная вода на границе установки смешивается в барабане с технологическим конденсатом из синтез-газа. В двухпаровых системах эти технологические потоки испаряются отдельно.

С одной стороны, оптимизация может происходить на охлаждающем тракте, а, с другой стороны, – на пути течения котловой питательной воды и воздуха для горения перед его подачей или пропусканием через канал для дымового газа. Согласно одному из примеров выполнения, путь течения котловой питательной воды может направляться также через охлаждающий тракт, что подробно описано ниже.

При этом технологический конденсат может дальше подогреваться на охлаждающем тракте, а опционально уже подогретая котловая питательная вода – в канале для дымового газа. На выбор также котловая питательная вода может частично подогреваться на охлаждающем тракте, прежде чем она будет дальше подогрета в канале для дымового газа, в частности посредством, по меньшей мере, одного экономайзера.

Из этих рассуждений видно, что подогрев воздуха для горения против котловой питательной воды обеспечивает множество опций при эффективном использовании тепловой энергии. Оказалось, что тепло для котловой питательной воды с целью обеспечения высокой эффективности может использоваться или отбираться в нескольких местах, причем экономайзер независимо от этого расположен, по возможности, на конце канала для дымового газа.

Посредством предложенной связи, в частности в установках для получения водорода, может быть создано стандартизируемое устройство для эффективного использования энергии процесса, в частности в связи с получением синтез-газа.

Другими словами, за счет отдельных признаков или комбинации следующих признаков может быть реализована особенно многообещающая концепция использования энергии.

1) Подогрев/испарение технологического конденсата на охлаждающем тракте, в частности полностью, и/или

2) Подогрев воздуха для горения за счет теплообмена с котельной питательной водой и/или

3) Подогрев воздуха для горения против котельной питательной воды специально на первой теплообменной ступени вверх по потоку перед опциональными дополнительными теплообменными ступенями и/или

4) Подогрев котельной питательной воды, в частности после теплообмена с воздухом для горения, и/или

5) Встраивание/расположение, по меньшей мере, одного экономайзера внутри канала для дымового газа для теплообмена с котельной питательной водой и для разгрузки внутренних воздухоподогревателей (воздуха для горения).

Эти меры в соответствии со стандартными предписаниями могут быть реализованы по отдельности или в комбинации в зависимости от конфигурации установки. При этом, в частности, обеспечивается уменьшение теплообменных поверхностей в канале для дымового газа (в частности, в случае нескольких расположенных внутри канала для дымового газа воздухоподогревателей), что сопровождается сокращением расходов на компоненты установки.

Далее оказалось, что следующие аспекты связи могут особенно эффективно оформить описанную концепцию использования энергии, в частности также в комбинации между собой.

А) Технологический конденсат испаряется исключительно на охлаждающем тракте установки (для получения синтез-газа) (до и/или после конверсии СО). Это может происходить, например, в двух отдельных аппаратах или в единственном специальном котловом испарителе, который состоит, например, из двух теплообменных пучков.

Б) Свежий воздух для горения подогревается, по меньшей мере, в одном калорифере (внешнем воздухоподогревателе). При этом котловая питательная вода используется и охлаждается в качестве теплоносителя, в частности последовательно, по меньшей мере, в двух последовательно включенных калориферах или последовательно в калориферах, через которые протекают соответственно котловая питательная вода и воздух для горения.

В) Нагрев котловой питательной воды происходит в канале для дымового газа (в частности, в экономайзере), в частности в нескольких местах, предпочтительно на конце канала для дымового газа. Опционально на охлаждающем тракте дополнительно может осуществляться еще подвод тепла к охлажденной за счет теплообмена с воздухом для горения котловой питательной воде, в частности в заполненном синтез-газом KSW-подогревателе, прежде чем он будет направлен в паровой барабан установки.

Далее, согласно изобретению, могут быть реализованы также следующие меры, соответственно также по отдельности или в комбинации.

Г) Охлажденная котловая питательная вода разделяется на два потока, причем первый поток направляется к экономайзеру/по меньшей мере, одному экономайзеру в канале для дымового газа, а второй поток – к KSW-подогревателю на охлаждающем тракте (параллельная связь для подогрева котловой питательной воды).

Д) Использование двух калориферов, причем выходящая из первого калорифера охлажденная котловая питательная вода снова нагревается и направляется ко второму калориферу.

При этом дальнейший нагрев уже подогретой котловой питательной воды может осуществляться в значительной степени произвольным образом в канале для дымового газа в зависимости от конфигурации установки. В случае использования нескольких калориферов они могут быть связаны или расположены в значительной степени произвольно.

Предложенная связь, в частности специфическое расположение, по меньшей мере, одного калорифера, позволяет также снизить температуру дымового газа на дымовой трубе или на конце канала для дымового газа без ощутимого повышения капитальных затрат, в частности также в сочетании с экономайзерами. В частности, оказалось, что расположенный на конце канала для дымового газа экономайзер обеспечивает более высокую эффективность и/или экономичность, чем внутренний воздухоподогреватель, даже в том случае, когда разность температур (Pinch-значение) меньше, чем у воздухоподогревателя в виде традиционного пластинчатого теплообменника.

Далее дополнительные или любые другие участки канала для дымового газа или расположенные в канале для дымового газа пучки или теплообменники могут эксплуатироваться также при более высоких температурах дымового газа, что приводит к увеличению разностей температур и, тем самым, к более эффективной теплопередаче (в частности, в случае внутренних воздухоподогревателей), благодаря чему могут быть снижены капитальные затраты.

Испарение технологического конденсата может происходить на охлаждающем тракте, в частности исключительно на нем. Следовательно, испаритель технологического конденсата в канале для дымового газа необязателен. Поэтому не требуется также никакого парового барабана для технологического конденсата.

Оказалось, что другие технические преимущества могут возникнуть, если в качестве испарителя для синтез-газа использовать испаритель типа двухпучкового котлового испарителя. Благодаря этому, в частности по сравнению с циркуляционным котлом с отдельным барабаном, можно дополнительно снизить капитальные затраты. Подогрев технологического конденсата в канале для дымового газа продолжает оставаться возможным независимо от типа испарителя. В этом отношении можно еще упомянуть, что испарение технологического конденсата исключительно на охлаждающем тракте и в сочетании с выполнением обоих РК-испарителей в виде общего конструктивного элемента с единственным паровым пространством и двумя пучками у многих конфигураций установки обещает максимальные энергетические преимущества. На выбор технологический конденсат может частично испаряться в канале для дымового газа, и/или оба РК-испарителя могут быть выполнены в виде отдельных аппаратов. У многих конфигураций установки нельзя, однако, достичь таких же энергетических преимуществ, что и при испарении исключительно на охлаждающем тракте в комбинированном РК-испарителе.

Оказалось, что за счет целенаправленной конфигурации или целенаправленного выбора путей связи для котловой питательной воды и технологического конденсата, а также путей подогрева воздуха можно реализовать очень эффективную и/или экономичную конфигурацию установки.

При этом под охлаждающим трактом следует понимать предпочтительно участок всей установки или всего устройства, на котором охлаждается синтез-газ, и вода или технологический конденсат должен быть отделен от синтез-газа, причем из синтез-газа должно быть рекуперировано максимально много энергии, например за счет расположенного на охлаждающем тракте теплопередатчика. Охлаждающий тракт проходит, в частности, ниже по потоку от риформера до сепарирования технологического конденсата в последнем из нескольких сепараторов, прежде чем синтез-газ будет направлен дальше к блоку адсорбции при переменном давлении.

При этом под каналом для дымового газа следует понимать предпочтительно отвод дымового газа, который ведет к дымовой трубе или включает в себя ее и предусмотрен для того, чтобы отводить от установки произведенный ею дымовой газ.

Согласно одному варианту, теплоперенос с котловой питательной воды на воздух для горения происходит за счет того, что котловая питательная вода и воздух для горения направляются через, по меньшей мере, один расположенный вне канала для дымового газа внешний воздухоподогреватель или калорифер, прежде чем котловая питательная вода будет направлена к каналу для дымового газа, в частности к расположенному в нем/по меньшей мере, одному расположенному в нем экономайзеру или дальше к паровому барабану. Использование одного или нескольких воздухоподогревателей/калориферов обеспечивает высокую гибкость при связи. При этом, по меньшей мере, один калорифер может быть на выбор соединен/связан с внешним KSW-подогревателем или может быть независим от него. Другими словами, котловая питательная вода может непосредственно подаваться, по меньшей мере, к одному калориферу или через KSW-подогреватель, причем KSW-подогреватель может образовать первую теплообменную ступень или на выбор также вторую теплообменную ступень для котловой питательной воды.

Другими словами, котловая питательная вода направляется сначала через калорифер, причем воздух для горения подогревается, прежде чем он будет направлен к экономайзеру или KSW-подогревателю по типу экономайзера в канале для дымового газа. При определенных конфигурациях установки энергетически может быть еще эффективнее направлять котловую питательную воду через (по меньшей мере) два калорифера с одним или несколькими (соответственно) промежуточными KSW-подогревателями. Этот или, по меньшей мере, один из этих KSW-подогревателей может быть опционально размещен в канале для дымового газа (в частности, в качестве второго из двух экономайзеров). Оказалось, что независимо от расположения или числа экономайзеров особенно ощутимое энергетическое преимущество достигается в том случае, если непосредственно перед вводом котловой питательной воды в экономайзер/расположенный последним экономайзер (по отношению к направлению потока дымового газа в канале для дымового газа), т.е. в экономайзер, расположенный дальше всего вниз по потоку, котловая питательная вода направляется через калорифер для подогрева воздуха.

При этом под калорифером следует понимать теплообменник для подогрева воздуха, который расположен в воздушном канале или интегрирован в путь течения воздуха. В качестве синонима термина «калорифер» здесь можно использовать также термин «внешний воздухоподогреватель» (внешний = вне канала для дымового газа).

Согласно одному варианту, котловая питательная вода направляется через расположенный в канале для дымового газа KSW-подогреватель или экономайзер, который расположен предпочтительно на конце канала для дымового газа. За счет этого котловая питательная вода может поглощать большое количество тепла, а именно в том месте канала для дымового газа, в котором дымовой газ имеет еще сравнительно высокую энтальпию. Следовательно, количество тепла дымового газа необязательно должно поглощаться внутренними воздухонагревателями. Благодаря этому возникают другие возможности вариации при использовании отходящего тепла. Например, оказалось, что расположение, по меньшей мере, одного экономайзера на конце канала для дымового газа может сделать «стройнее» все остальные, расположенные в канале для дымового газа пучки теплообменника, поскольку у них можно использовать бóльшие разности температур дымового газа.

В частности, управление процессом может происходить таким образом, что котловая питательная вода подается в экономайзер более теплой или с более высоким содержанием тепловой энергии, чем, например, воздух для горения, в результате чего можно избежать также часто возникающей до сих пор проблематики недостижения со стороны дымового газа точки росы серной кислоты.

Оказалось, что разность температур (Т-Pinch) между дымовым газом и направляемой через экономайзер котловой питательной водой оказывает решающее влияние на расчет концепции использования энергии и что могут возникнуть решающие преимущества при увеличении Т-Pinch. Чтобы увеличить Т-Pinch, предложено предварительно охладить котловую питательную воду путем подогрева воздуха в калорифере.

Предпочтительно используемый экономайзер сравнительно большой или рассчитан на высокий энергообмен, так что экономайзер может отводить из канала для дымового газа значительное количество энергии. В этой связи особенно эффективным является испарение технологического конденсата исключительно на охлаждающем тракте (технологический маршрут).

При этом под экономайзером следует понимать предпочтительно устройство для обмена тепловой энергии для ее ввода в питательную воду, которое рассчитано или оптимизировано на перенос энергии с (дымового) газа на питательную воду при сравнительно низких температурах газа, в частности при температурах дымового газа установки для получения синтез-газа, в частности в зоне или на участке перед дымовой трубой, т.е. когда дымовой газ уже охлажден вниз по потоку за риформером. Под экономайзером следует понимать, в частности, расположенный в канале для дымового газа KSW-подогреватель, через который протекает дымовой газ/отходящий газ. При этом подогрев может происходить, в частности, вплоть до температуры насыщения.

Согласно одному варианту, дымовой газ в канале направляется через, по меньшей мере, один расположенный внутри него воздухоподогреватель, который расположен вверх по потоку перед расположенным внутри канала для дымового газа KSW-подогревателем или экономайзером. За счет этого могут возникнуть синергетические эффекты при использовании прежних или новых компонентов установки.

При этом под внутренним воздухоподогревателем следует понимать расположенный в канале для дымового газа теплообменник или трубный пучок теплообменника, который рассчитан или оптимизирован на теплообмен между двум газами, в частности дымовым газом и воздухом для горения.

Согласно одному варианту, подогрев или испарение технологического конденсата происходит предпочтительно полностью или исключительно на охлаждающем тракте в котловом испарителе, включающем в себя два теплообменных блока и одно общее паровое пространство. Благодаря этому может происходить эффективное использование тепла. Кроме того, можно также сократить аппаратные затраты.

Согласно одному варианту, котловая питательная вода нагревается, по меньшей мере, в одном внешнем KSW-подогревателе, прежде чем она будет направлена, в частности, через дополнительный внешний воздухоподогреватель или калорифер в канал для дымового газа, в частности в расположенном на охлаждающем тракте KSW-подогревателе посредством технологического газа или синтез-газа. За счет этого может осуществляться связь использования тепловой энергии на охлаждающем тракте и на пути течения котловой питательной воды. Другими словами, после теплообмена с воздухом для горения котловая питательная вода подогревается, прежде чем она будет направлена через канал для дымового газа. При этом/после этого котловая питательная вода может быть направлена к расположенному внутри канала для дымового газа экономайзеру, в частности непосредственно после того, как она покинет дополнительный калорифер.

При этом под внешним KSW-подогревателем следует понимать предпочтительно расположенный вне канала для дымового газа теплообменник, предназначенный для теплообмена между котловой питательной водой и, в частности, газообразной текучей средой, особенно синтез-газом. При этом текучая среда или синтез-газ может содержать также конденсируемые жидкие компоненты, в частности воду. KSW-подогреватель может быть выполнен, например, в виде кожухотрубного теплообменника и нагружаться теплом посредством синтез-газа.

Согласно одному варианту, котловая питательная вода вниз по потоку за (первым) внешним воздухоподогревателем или калорифером разделяется на два параллельных потока для ее подогрева, а именно на поток к расположенному внутри канала для дымового газа KSW-подогревателю или экономайзеру и на поток к внешнему KSW-подогревателю, в частности на охлаждающем тракте. За счет этого нагрев котловой питательной воды может особенно простым образом происходить двумя путями в зависимости от эксплуатационного состояния.

Согласно одному варианту, выходящая из первого внешнего воздухоподогревателя или калорифера охлажденная котловая питательная вода снова нагревается, а затем направляется к дополнительному внешнему воздухоподогревателю или калориферу, в котором происходит повторный теплообмен с воздухом для горения. За счет этого воздух для горения еще более эффективным образом может быть подогрет, в частности при промежуточном включении подогревательной ступени для котловой питательной воды. При этом повторный нагрев котловой питательной воды может происходить в значительной степени произвольным образом на охлаждающем тракте или в канале для дымового газа. В случае нескольких калориферов они могут быть связаны или расположены в значительной степени произвольно.

Согласно одному варианту, KSW-подогревателем является расположенный на охлаждающем тракте теплообменник, через который направляется полученный в установке газ, в частности синтез-газ. За счет этого охлаждающий тракт и подача котловой питательной воды и воздуха для горения могут быть теплотехнически связаны между собой. Тогда тепловая энергия может использоваться особенно гибким или эффективным образом.

Поставленная выше задача решается, согласно изобретению, также посредством логического блока, предназначенного для осуществления описанного выше способа и для управления объемными потоками или для включения компонентов установки, по меньшей мере, на одном внешнем воздухоподогревателе или калорифере, через который котловая питательная вода и воздух для горения направляются для подогрева последнего. Благодаря этому возникают названные выше преимущества.

Поставленная выше задача решается, согласно изобретению, также посредством устройства для рекуперации тепловой энергии для установок, содержащих, по меньшей мере, один риформер, в частности установок для получения синтез-газа с паровым риформингом, в которых связаны, по меньшей мере, следующие технологические потоки установки: воздух для горения для риформера, котловая питательная вода для производства пара, технологический конденсат на охлаждающем тракте установки и дымовой газ из риформера, отводимый по каналу для дымового газа, причем устройство для рекуперации тепловой энергии содержит, по меньшей мере, один расположенный вне канала для дымового газа воздухоподогреватель или калорифер для воздуха для горения и, по меньшей мере, один теплообменник для технологического конденсата или котловой питательной воды, причем на охлаждающем тракте расположен теплообменник для технологического конденсата, который предназначен для рекуперации тепловой энергии, в частности исключительно за счет теплообмена с полученным в установке газом, в частности синтез-газом, и что внешний воздухоподогреватель или калорифер предназначен и расположен для теплообмена между котловой питательной водой и воздухом для горения перед его подогревом в канале для дымового газа. Благодаря этому возникают описанные выше преимущества.

Согласно одному примеру выполнения, теплообменником для технологического конденсата является котловой испаритель, который содержит два трубных пучка и (единственное) общее паровое пространство.

Согласно одному примеру выполнения, внутри канала для дымового газа расположен, по меньшей мере, один KSW-подогреватель или экономайзер, в частности как можно дальше вниз по потоку, в частности на конце канала для дымового газа, каковой KSW-подогреватель расположен на пути течения дымового газа. Благодаря этому возникают описанные выше преимущества.

Согласно одному примеру выполнения, вверх по потоку перед внутренним KSW-подогревателем или экономайзером расположен дополнительный калорифер. В частности, устройство содержит расположенный на охлаждающем тракте KSW-подогреватель, предназначенный для теплообмена между котловой питательной водой и технологическим газом или синтез-газом, в частности вниз по потоку за внешним (первым) водухоподогревателем. За счет этого, как уже упомянуто, воздух для горения может быть нагрет еще эффективнее, в частности за счет связи его подачи или подачи котловой питательной воды с охлаждающим трактом. Некоторые из описанных здесь преимуществ могут быть реализованы уже за счет описанного расположения, по меньшей мере, одного калорифера и экономайзера на конце канала для дымового газа. Поскольку как подогрев воздуха для горения, так и испарение технологического конденсата могут происходить на охлаждающем тракте с испарением технологического конденсата, в частности исключительно полностью за счет синтез-газа, система технологического конденсата может быть выполнена сравнительно компактной и просто построенной, в частности при оптимальном размещении, обозримой трубной разводке, и/или в виде стальной конструкции.

Поставленная выше задача решается, согласно изобретению, также посредством применения устройства для рекуперации тепловой энергии в установках, содержащих, по меньшей мере, один риформер, в частности описанного выше устройства для рекуперации тепловой энергии, для подогрева воздуха для горения посредством котловой питательной воды вверх по потоку перед каналом для дымового газа установки посредством, по меньшей мере, одного расположенного вне канала для дымового газа внешнего воздухоподогревателя, прежде чем воздух для горения будет направлен в или через канал для дымового газа, в частности в сочетании с подогревом котловой питательной воды посредством технологического газа на охлаждающем тракте установки, в частности в процессах парового риформинга, в частности в установке для получения синтез-газа/водорода с двухпаровой системой. Благодаря этому возникают описанные выше преимущества. Применение может осуществляться, в частности, также в процессах парового риформинга в установке для получения синтез-газа/водорода с однопаровой системой.

Краткое описание чертежей

Другие признаки и преимущества изобретения следуют из описания примеров его осуществления со ссылкой на чертежи, а также из самих чертежей, на которых изображают:

фиг. 1А, 1В: в схематичном виде устройство для рекуперации тепловой энергии в соответствии с одним из примеров и его связь с установкой;

фиг. 2А, 2В: в схематичном виде устройство для рекуперации тепловой энергии в соответствии с одним из других примеров и его связь с установкой;

фиг. 3: в схематичном виде устройство для рекуперации тепловой энергии в соответствии с одним из других примеров и его связь с установкой.

В отношении ссылочных позиций, приведенных не явно в отношении отдельной фигуры, следует сослаться на соответственно другую фигуру.

Осуществление изобретения

На фиг. 1А изображено устройство 20 с калорифером 15 и экономайзером 14, расположенным на конце канала 2 для дымового газа установки для получения синтез-газа. К риформеру 1 подается газ FG, который разделяется на поток SG технологического газа и поток пара. Поток RG дымового газа образуется при сжигании топлив с воздухом VL для горения. Котловая питательная вода KSW направляется через калорифер 15 в теплообмене с воздухом VL для горения. Котловая питательная вода поступает к калориферу 15, в частности, от границы установки или от блока водоподготовки или от деаэратора/стриппера. Охлажденная за счет теплообмена с воздухом VL для горения котловая питательная вода снова нагревается затем в экономайзере 14 на самом конце канала 2 для дымового газа и направляется наконец к паровому барабану 11, из которого отводится насыщенный пар SV. Паровой барабан 11 соединен с расположенным в канале 2 для дымового газа KSW-испарителем 12. При определенных конфигурациях установки этот KSW-испаритель 12 может также отпасть. Вверх по потоку перед экономайзером 14 и вниз по потоку за KSW-испарителем 12 расположены два или более внутренних воздухоподогревателей 13, которые благодаря экономайзеру 14 могут эксплуатироваться при более высоких температурах дымового газа, что способствует снижению расходов.

На охлаждающем тракте 17 расположен испаритель 4 для технологического конденсата РК, из которого отводится технологический пар PV. РК-испаритель 4 содержит два теплообменника/трубных пучка, которые в общем барабане или в общем паровом пространстве обеспечивают РК-испарение в одном аппарате. Вверх по потоку перед ним технологический газ или синтез-газ SG направляется от риформера 1 через газоохладитель 3. После первого трубного пучка синтез-газ направляется к реактору 5 конверсии СО или для осуществления реакции конверсии водорода. Реакция/реактор может включать в себя высокотемпературную конверсию (High Temperature Shift HTS) или среднетемпературную конверсию (Middle Temperature Shift MTS) или низкотемпературную конверсию HT-LT (Low Temperature Shift). За счет реакции конверсии СО (или реакции конверсии водорода) температура синтез-газа снова повышается и за счет второго трубного пучка в испарителе 4 может использоваться для РК-испарения. В результате возникают такие преимущества, как экономия материалов, меньшее необходимое паровое пространство, меньшее число трубопроводов, меньше техники измерения/управления, в частности, поскольку не требуется связь нескольких отдельных испарителей.

Вниз по потоку за испарителем 4 расположен, по меньшей мере, один внешний теплообменник 6, через который может направляться технологический газ SG. Этот, по меньшей мере, один теплообменник 6 в зависимости от конфигурации установки может использоваться для различных целей. При этом в данном устройстве в качестве примеров можно привести, в частности, следующие типы теплообменников 6, не ограничивая их: подогреватель топлива, парогенератор, (питательный) подогреватель исходного газа, PSA (адсорбция при переменном давлении)-подогреватель отходящего газа, KSW-подогреватель, РК-подогреватель.

Первые 7 и вторые 10 сепараторы на фиг. 1А, расположенные на проходящем от риформера 1 до отвода SG10 синтез-газа охлаждающем тракте 17, необязательно должны быть точно в таком расположении или в таком числе. На выбор на охлаждающем тракте 17 располагаются один или несколько таких сепараторов. Неиспользованное тепло может поглощаться воздухоохладителем 8 и водоохладителем или конечным охладителем 9.

Логический блок 40 связан с клапанами, арматурами, теплообменниками и/или регуляторами расхода устройства 20, а также с измерительным устройством 30, содержащим, по меньшей мере, один сенсорный блок 31 (например, для определения температуры, давления, объемного потока), который может быть расположен соответственно на одной из арматур. Расположение сенсорного блока 31 показано здесь лишь в качестве примера. В частности, на других компонентах установки также могут быть расположен соответствующие сенсорные блоки 31.

При этом двухпаровая система может быть образована, в частности, следующими компонентами: охладителем 3 технологического газа, паровым барабаном 11, KSW-испарителем 12 для KSW-испарения и РК-испарителем 4 для РК-испарения.

На фиг. 1В в отличие от фиг. 1А изображено устройство, в котором в зависимости от конфигурации установки опционально может отпасть теплообменник 6.

На фиг. 2А изображена конфигурация установки с двумя калориферами 15, 16, каковое устройство обеспечивает первый подогрев котловой питательной воды на охлаждающем тракте 17 и второй ее нагрев в экономайзере 14 на конце канала 2 для дымового газа. Котловая питательная вода может нагреваться в дух местах, благодаря чему охлаждающий тракт 17 связан с путем течения воздуха для горения. На фиг. 2А в отличие от фиг. 1А изображены KSW-подогреватель 6а и второй калорифер 16 вниз по потоку за KSW-подогревателем 6а. Сопоставимым образом могут происходить или располагаться другие, подробно не описанные здесь технологические потоки, как показано на фиг. 1А. Устройство на фиг. 2А обещает особенно большую экономию энергии и особенно эффективное использование низкопотенциальной энергии.

Подогреву котловой питательной воды может также способствовать то, что в канале 2 для дымового газа расположен дополнительный экономайзер. На выбор можно также использовать, например, третий калорифер (не показан), причем котловая питательная вода может тогда еще раз подогреваться между вторым 16 и третьим калориферами. Вверх по потоку перед KSW-подогревателем 6а, т.е. между ним и сепаратором 7, могут быть расположены дополнительный калорифер и дополнительный KSW-подогреватель.

На фиг. 2В в отличие от фиг. 1А, 1В, 2А изображено устройство, в котором опционально отсутствуют первый калорифер 15 и опционально также другие компоненты (обозначены штриховыми линиями).

На фиг. 3 в отличие от фиг. 2А, 2В изображено устройство, в котором котловая питательная вода направляется в любом случае сначала на подогрев к охлаждающему тракту 17, прежде чем произойдет теплообмен с воздухом для горения.

Перечень ссылочных позиций

1 – риформер

2 – канал для дымового газа (Convection Bank)

3 – охладитель технологического газа

4 – РК-испаритель, в частности с двумя трубными пучками

5 – реактор конверсии СО или высокотемпературная конверсия (High Temperature Shift HTS) или MT-конверсия или HT-LT-конверсия

6 – внешний теплообменник (фиг. 1А, 1В)

6а – (внешний) KSW-подогреватель (фиг. 2А, 2В, 3)

7 – первый сепаратор или РК-сепаратор (Hot Separator)

8 – воздухоохладитель

9 – конечный охладитель или водоохладитель

10 – второй сепаратор или РК-сепаратор (Cold Separator)

11 – паровой барабан (для KSW-испарения)

12 – KSW-испаритель

13 – расположенный внутри канала для дымового газа воздухоподогреватель

14 – экономайзер или внутренний KSW-подогреватель

15 – первый калорифер, в частности внешний воздухоподогреватель

16 – дополнительный калорифер, в частности внешний воздухоподогреватель (фиг. 2А, 2В, 3)

17 – охлаждающий тракт

20 – устройство для рекуперации тепловой энергии

30 – измерительное устройство

31 – сенсорный блок

40 – логический блок

FG – питательная/паровая смесь

KSW – котловая питательная вода

PK – технологический конденсат

PV – технологический пар

RG – дымовой газ

SG – синтез-газ или крекинг-газ или технологический газ

SG10 – отведенный поток синтез-газа, опционально к блоку адсорбции при переменном давлении (Pressure Swing Adsorption PSA)

SV – насыщенный пар

VL – воздух для горения

Способ рекуперации тепловой энергии в установке, содержащей риформер, включает испарение технологического конденсата на охлаждающем тракте, причем дымовой газ отводят через канал для дымового газа, в котором осуществляют рекуперацию тепловой энергии. Воздух для горения перед подачей к риформеру направляют через канал для дымового газа. Технологический конденсат за счет теплообмена с полученным в установке газом подогревают и/или испаряют на охлаждающем тракте. Воздух для горения перед осуществляемым в канале для дымового газа подогревом подогревают за счет теплообмена с котловой питательной водой. Другое изобретение группы относится к логическому блоку, выполненному с возможностью осуществления указанного выше способа и управления объемными потоками или включения компонентов установки на внешнем воздухоподогревателе, через который котловую питательную воду и воздух для горения направляют для подогрева последнего. Устройство для рекуперации тепловой энергии установки, включающей риформер, содержит расположенный вне канала для дымового газа воздухоподогреватель воздуха для горения и теплообменник для технологического конденсата или котловой питательной воды. На охлаждающем тракте расположен теплообменник для технологического конденсата, выполненный с возможностью рекуперации тепловой энергии за счет теплообмена с полученным в установке газом. Внешний воздухоподогреватель выполнен и расположен с возможностью теплообмена между котловой питательной водой и воздухом для горения перед его подогревом в канале для дымового газа. Еще одно изобретение группы относится к применению указанного выше устройства для рекуперации тепловой энергии для подогрева воздуха для горения посредством котловой питательной воды вверх по потоку перед каналом для дымового газа установки посредством расположенного вне канала для дымового газа внешнего воздухоподогревателя, прежде чем воздух для горения будет направлен через канал для дымового газа. Группа изобретений позволяет повысить энергоэффективность установок, в которых осуществляется процесс риформинга. 4 н. и 14 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ рекуперации тепловой энергии в установках, содержащих, по меньшей мере, один риформер (1), в которых связывают, по меньшей мере, следующие технологические потоки установки: воздух (VL) для горения для риформера, котловая питательная вода (KSW) для производства пара, технологический конденсат (PK) на охлаждающем тракте (17) установки и дымовой газ (RG) из риформера, причем осуществляют, по меньшей мере, частичное испарение технологического конденсата на охлаждающем тракте и дымовой газ отводят через канал (2) для дымового газа, в котором осуществляют рекуперацию тепловой энергии, при этом воздух для горения перед подачей к риформеру в целях рекуперации тепловой энергии направляют через канал для дымового газа, отличающийся тем, что для рекуперации тепловой энергии технологический конденсат (РК) за счет теплообмена с полученным в установке (1) газом подогревают и/или испаряют на охлаждающем тракте (17), при этом воздух (VL) для горения перед осуществляемым в канале (2) для дымового газа подогревом подогревают за счет теплообмена с котловой питательной водой.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что теплоперенос с котловой питательной воды на воздух (VL) для горения осуществляют за счет того, что котловую питательную воду и воздух для горения направляют через, по меньшей мере, один расположенный вне канала для дымового газа внешний воздухоподогреватель (15, 16), прежде чем котловая питательная вода будет направлена к каналу (2) для дымового газа.

3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что котловую питательную воду направляют через расположенный внутри канала (2) для дымового газа подогреватель (14) котловой питательной воды, который расположен предпочтительно на конце канала для дымового газа.

4. Способ по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что дымовой газ (RG) в канале (2) направляют через, по меньшей мере, один расположенный внутри канала (2) воздухоподогреватель (13), который расположен вверх по потоку перед расположенным внутри канала (2) для дымового газа подогревателем (14) котловой питательной воды.

5. Способ по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что подогрев или испарение технологического конденсата (РК) осуществляют на охлаждающем тракте (17) в котловом испарителе (10), включающем два теплообменных блока и одно общее паровое пространство.

6. Способ по любому из пп. 1-5, отличающийся тем, что котловую питательную воду нагревают, по меньшей мере, в одном внешнем подогревателе (6а) котловой питательной воды, прежде чем она будет направлена, в частности, через дополнительный внешний воздухоподогреватель (16) в канал (2) для дымового газа, в частности в расположенном на охлаждающем тракте (17) внешнем подогревателе (6а) котловой питательной воды, посредством технологического газа.

7. Способ по любому из пп. 1-6, отличающийся тем, что котловую питательную воду вниз по потоку за внешним воздухоподогревателем (15, 16) разделяют на два параллельных потока для ее подогрева, а именно на поток к расположенному внутри канала для дымового газа подогревателю (14) котловой питательной воды и на поток к внешнему подогревателю (6а) котловой питательной воды, в частности, на охлаждающем тракте (17).

8. Способ по любому из пп. 1-7, отличающийся тем, что выходящую из первого внешнего воздухоподогревателя (15) охлажденную котловую питательную воду снова нагревают, а затем направляют к дополнительному внешнему воздухоподогревателю (16), в котором осуществляют повторный теплообмен с воздухом (VL) для горения.

9. Способ по любому из пп. 1-8, отличающийся тем, что внешний подогреватель (6а) котловой питательной воды выполнен в виде расположенного на охлаждающем тракте (17) теплообменника, через который направляют полученный в установке газ.

10. Способ по любому из пп. 1-9, отличающийся тем, что установкой для осуществления способа является установка для получения синтез-газа.

11. Способ по любому из пп. 1-10, отличающийся тем, что получаемый в установке газ является синтез-газом (SG).

12. Логический блок (40), выполненный с возможностью осуществления способа по любому из пп. 1-11 и управления объемными потоками или включения компонентов установки, по меньшей мере, на одном внешнем воздухоподогревателе (15, 16), через который котловую питательную воду (KSW) и воздух (VL) для горения направляют для подогрева последнего.

13. Устройство (20) для рекуперации тепловой энергии для установок, включающих, по меньшей мере, один риформер (1), в которых связаны, по меньшей мере, следующие технологические потоки установки: воздух (VL) для горения для риформера, котловая питательная вода (KSW) для производства пара, технологический конденсат (PK) на охлаждающем тракте (17) установки и дымовой газ (RG) из риформера, отводимый по каналу (2) для дымового газа, причем устройство (20) для рекуперации тепловой энергии содержит, по меньшей мере, один расположенный вне канала для дымового газа воздухоподогреватель (15, 16) воздуха для горения и, по меньшей мере, один теплообменник (4, 6; 6a) для технологического конденсата или котловой питательной воды, отличающееся тем, что на охлаждающем тракте (17) расположен теплообменник (4) для технологического конденсата (PK), выполненный с возможностью рекуперации тепловой энергии за счет теплообмена с полученным в установке газом, при этом внешний воздухоподогреватель (15, 16) выполнен и расположен с возможностью теплообмена между котловой питательной водой (KSW) и воздухом (VL) для горения перед его подогревом в канале (2) для дымового газа.

14. Устройство (20) по п. 13, отличающееся тем, что теплообменник (4) для технологического конденсата (PK) выполнен в виде котлового испарителя, содержащего два трубных пучка и одно общее паровое пространство.

15. Устройство по п. 13 или 14, отличающееся тем, что внутри канала (2) для дымового газа расположен, по меньшей мере, один подогреватель (14) котловой питательной воды, в частности вниз по потоку на конце канала для дымового газа подогреватель котловой питательной воды расположен на пути течения дымового газа (RG).

16. Устройство по любому из пп. 13-15, отличающееся тем, что вверх по потоку перед внутренним подогревателем (14) котловой питательной воды расположен дополнительный внешний воздухоподогреватель (16) и/или с расположенным на охлаждающем тракте (17) подогревателем (6а) котловой питательной воды, выполненным с возможностью теплообмена между котловой питательной водой и технологическим газом или синтез-газом, в частности вниз по потоку за внешним, первым, воздухоподогревателем.

17. Устройство по любому из пп. 13-16, отличающееся тем, что установками являются установки для получения синтез-газа с паровым риформингом.

18. Применение устройства для рекуперации тепловой энергии в установках, содержащих, по меньшей мере, один риформер (1), в частности устройства для рекуперации тепловой энергии по любому из пп. 13-17, для подогрева воздуха (VL) для горения посредством котловой питательной воды (KSW) вверх по потоку перед каналом (2) для дымового газа установки посредством, по меньшей мере, одного расположенного вне канала для дымового газа внешнего воздухоподогревателя (15, 16), прежде чем воздух (VL) для горения будет направлен через канал для дымового газа, в частности в сочетании с подогревом котловой питательной воды посредством технологического газа на охлаждающем тракте (17) установки, в частности в процессах парового риформинга, в частности в установке для получения синтез-газа с двухпаровой системой.