[发明专利]热交换系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种热交换系统，该热交换系统允许回收与在制备氢气和／或合成气的过程中循环的物质流相关联的热。本发明也允许将多余的热转化为气相，尤其是蒸汽。更具体地，本发明允许回收在催化部分氧化过程中被传递的热，尤其是在合成气的制备反应中产生的以及在水煤气变换反应中可能产生的热。

背景技术

由烃类和有机化合物制备氢气和／或合成气的方法的特征在于生成热(放热步骤)或吸收热(吸热步骤)的一系列步骤。通常，不同步骤在不同的温度水平进行，从气体净化过程的室温到低接触时间催化部分氧化(SCT-CPO)过程的1100℃。更具体地，温度从气体净化过程的室温波动到SCT-CPO过程的600℃-1000℃。SCT-CPO过程的中间阶段进一步设想具有加热和冷却步骤的热交换通道，例如脱硫(350℃-400℃)、水煤气交换(280℃-390℃)和废气燃烧(600℃-800℃)。为了达到不同工艺步骤所需的合适温度，不同的物质流必须被加热和冷却多次，因此，热交换的优化是根本性的方面，在所有氢气和合成气的制备过程中更是如此。

热交换代表在每个过程中的关键点和设备复杂性，热交换对成本也有很大的影响，例如，在热交换设备、管道、调节阀、自动化和控制系统方面。

例如，已知技术方案开发了使用一个或多个热交换装置冷却生成饱和蒸汽和／或过热蒸汽的过程的热气体。

专利US4,488,513公开了一种用于冷却热气体(尤其是来自部分氧化过程的合成气)的交换器，从而回收了显热并同时产生过热蒸汽。该交换器包括两个叠置的分开的不同的区域，这两个区域通过一系列有适当夹套的热气体通道管线而相互连接。上部包括竖直的、圆柱形的且密闭的加压瓶，该瓶上部具有用于过热蒸汽的出口。该瓶部分填充沸水，它形成了热气体的第一冷却区域，而上部是自由的并充满过热蒸汽，上部形成了第二冷却区域。螺旋形管束绕中心轴均匀地且沿径向地定位，其中一个螺旋上升，一个螺旋下降。沸水槽填充瓶直到瓶底部，并与水进给相连接。下部涂覆有耐火材料且为热气体进给区域。在这个区域，热气被分入与上部区域的螺旋形管束相连接的一系列有夹套的通道管。通道管的夹套具有防止高温损坏的功能。

专利US4,462,339公开了一种通过水冷却热气体(例如那些来自部分氧化的热气体)的交换器，从而回收了显热并同时产生了饱和蒸汽和／或过热蒸汽。该交换器包括两个不同的分开的部分，这两部分彼此通过有夹套的环形通道相互连接，水在有夹套的环形通道中循环。下部涂覆有耐火材料并形成了热气体的进给腔。上部为密闭的、竖直的、圆柱形的加压瓶，该瓶底部包括中心密闭圆柱形腔，瓶顶部敞开，包括至少一束螺旋形管、位于顶部的用于饱和气体的中心出口、延伸进入中心腔和瓶壁之间的环形区域的不同螺旋形管束。环形区域的螺旋形管的出口与中心腔的螺旋形管的入口连接。水在环形区域中循环，蒸发并产生饱和蒸汽。在中心腔中，饱和蒸汽可通过位于腔底部的排出口排出或变得过热。水存在的区域是上方竖直瓶的下部，且被水平隔膜分为两个区域：位于瓶底部和隔膜之间的区域(气体的夹套通道管沿着该区域延伸)，以及位于中心腔下方和隔膜上方的区域(沸水在该区域中循环)。管有夹套以防止进入气体的高温所造成的损坏。

发明内容

因此，申请人发现了用于实现和优化在氢气和／或合成气的制备过程中循环的热物质流和冷物质流所生成和传递的热的回收的创新的技术方案。该方案，也就是本发明的目的涉及一种热交换系统，其中来自氢气和／或合成气制备过程的不同阶段的各种物质流(相应的热流与之相关联)，通过单一中心系统进行热交换，该单一中心系统结合了在单一设备中对试剂进行预热或加热、冷却产物和产生蒸汽的功能。该系统包括完全浸没在流体槽(优选为水)中的一个或多个热交换表面，它具有冷却和加热功能。这样，在流体槽中就建立了一个强大的自然循环，允许热交换和平衡，并将多余的热能转化成气相，优选为蒸汽，在热交换系统所包括的设备的上部，该蒸汽被收集和分离。

本发明的目的是简化与热交换现象相关联的设备方案的复杂性，并提高氢气和合成气制备操作的能量效率和安全性。

本发明涉及一种热交换系统，包括：

●单一设备，所述单一设备具有浸没在流体槽中的区域以及位于顶部且气相被聚集的自由空间；

●至少一个间隔件(interspace)，所述间隔件两端敞开，位于所述设备内部且完全浸没在所述流体槽中；

●一个或多个热交换表面；

●用于来自外部冷却源的一个或多个冷物质流的至少一个入口门以及用于来自外部热源的一个或多个热物质流的至少一个入口门；