[发明专利]蒸汽发生装置和方法

说明书

发明领域

本公开内容涉及使用改进的蒸汽重整器产生蒸汽的系统和方法。

背景技术

重整气态或液态烃燃料的已知方法是通过催化蒸汽重整。在该方法中， 在高温下将蒸汽和烃燃料的混合物暴露于合适的催化剂中。所用催化剂通 常含有沉积在低二氧化硅难熔基底上的氧化镍，而且该方法通常在约 700℃-约1000℃的温度下进行。催化剂通常放在炉内的管中，反应通过使 气体通过该催化剂来进行。甲烷或其他烃类在反应管中与蒸汽反应以形成 一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO₂)和氢。

在甲烷或天然气的重整方法(重整过程)的情况下，根据下列总反应 在催化蒸汽重整过程中释放出氢：

CH₄+H₂O→CO+3H₂

CO+H₂O→CO₂+H₂

虽然第二个反应是稍微放热的，但是第一个反应高度吸热而且需要外部热 源和蒸汽源。所需热通常由精炼厂燃料气、变压吸附塔(PSA)吹扫气体 和/或其他燃料气体的燃烧提供。商用蒸汽重整器通常包括外部加热、催化 剂填充的管子，通常具有60％或更低的热效率。然而，某些蒸汽重整器具 有更高的效率。示例性的高效重整器由Davy Powergas生产和销售。

另一种重整气态或液态烃燃料的常规方法是部分氧化重整。在部分氧 化重整中，使烃燃料和含氧气体的混合物在部分氧化室内混在一起，并经 受升高的温度，优选在催化剂存在下。所用催化剂通常是贵金属或镍，所 述高温对于催化反应而言通常是约700℃-约1200℃，对于非催化反应而言 是约1200℃-约1700℃。在甲烷或天然气的情况下，根据下列总反应在部 分氧化室中释放出氢：

CH₄+1/2O₂→CO+2H₂

该反应高度放热，而且一旦开始就产生足够的热以自动维持，并不需要外 部供热或供应蒸汽。该催化部分氧化重整技术比催化蒸汽重整技术简单， 但是没有催化蒸汽重整那样的热效率。

重整烃燃料的另一种方法是自热重整或“ATR”。自热重整器采用蒸 汽重整和部分氧化重整的组合。来自部分氧化重整反应的废热用于加热热 蒸汽重整反应。自热重整器在多数情况下可以比催化蒸汽重整器或催化部 分氧化重整器更有效率。使用甲烷或天然气作为烃燃料，根据下列总反应 释放出氢：

CH₄+yH₂O+(1-y/2)O₂→CO₂+(2+y)H₂，其中0＜y＜2

重整过程的最终产物通常称作合成气。来自上述不同重整方法的合成气 (syn gas)可以用于多种后续工艺中。例如，合成气可以用于在催化剂存 在下使一氧化碳和氢结合形成甲醇的工艺中。

当然，另外公知将各种工艺的热用于工业设施中以产生蒸汽，从而为 该设施中的其他工艺发电。将来自包括用蒸汽重整器形成合成气在内的各 种工业过程的热的废气和蒸汽用于发电的示例性系统在美国专利 6,619,041和5,066,325中有公开。

具有蒸汽重整器以产生一氧化碳和氢用于甲醇生产中的许多工业设 施，特别是在美国的设施，现在具有相对便宜的可用甲醇来源。对于这些 工业设施中许多的经营者而言，从供应商处购买甲醇和蒸汽重整器下游的 其他产品比由蒸汽重整器生成的合成气生产甲醇等在经济上更有吸引力。

因此，存在一种以可以弥补与现有蒸汽重整器相关的巨大基建费用的 方式利用这些系统，同时给该蒸汽重整器所处的设施提供益处的需要。在 这些类型的设施中，本文所述的系统和方法特别可用于为代表该设施固定 基建费用的蒸汽重整器提供在经济上有吸引力的可供选择的应用。

发明概述

本公开内容涉及有效产生蒸汽用于各种工业过程的系统和方法。所述 系统和方法通过改进和/或改造包括至少一个现有蒸汽重整器的系统来提 供。在本发明的一个方面，产生蒸汽的方法包括以下步骤：

(i)向蒸汽重整器供应第一料流，

其中所述第一料流包含基本上100wt％的水；