本實用新型涉及用于冷卻合成氣體的設備，通過含烴進給氣體的催化蒸汽重整并通過隨后的催化一氧化碳轉化、通過分離所得到的含水冷凝物而生產合成氣體，其中以合成氣體通過若干串聯的冷卻階段來執行冷卻，其中冷卻包括與進給氣體的熱交換，與已脫氣的和未脫氣的鍋爐進給水進行的用于產生蒸汽重整需要的蒸汽的熱交換以及與環境空氣的熱交換，并且其中在最后冷卻階段之后獲得的冷凝物被從合成氣體分離，且合成氣體被排出用于進一步的處理。
背景技術：
借助于催化蒸汽重整生產包含氫氣和一氧化碳的合成氣體的工藝是已知的，并且例如在Ullmann的《Encyclopedia of Industrial Chemistry(第6版)》第15卷“Gas Production”第2章中被描述。進給氣體(一種含烴氣體，諸如例如天然氣)和蒸汽在例如20至35bar的高壓以及例如800至950℃的高溫被傳送通過填充有催化劑的外部加熱的反應器管。進給氣體被轉化成富含氫氣和一氧化碳的合成氣體。這種反應器通常被稱為SMR，并且該工藝被稱為SMR工藝，即Steam-Methane-Reformer(蒸汽-甲烷-重整器)的縮寫。為了工藝的經濟性，非常重要的是在離開SMR的合成氣體和進給氣體之間進行相當有效的熱交換。
在產生的合成氣體已經離開SMR之后，合成氣體通過與鍋爐進給水的熱交換被冷卻。鍋爐進給水由此被蒸發。蒸汽被用作SMR工藝的進給蒸汽，并且過量蒸汽作為所謂的出口蒸汽被排出，用于在SMR工藝外使用。當要產生專有地由氫氣構成的合成氣體作為SMR工藝的最后產物時，合成氣體隨后在用于催化轉化的設備中被處理，在用于催化轉化的設備中，一氧化碳與蒸汽被轉化成氫氣和二氧化碳。這一轉化在上述Ullmann書卷中的382頁中被描述。
根據本實用新型的設備涉及在至此描述的步驟之后對于合成氣體的進一步冷卻。
合成氣體初始地通過與含烴進給氣體的熱交換被進一步冷卻。隨后，通過與已脫氣的鍋爐進給水的熱交換，執行進一步冷卻，已脫氣的鍋爐進給水隨后被供給到蒸發器，然后通過加熱鍋爐進給水脫氣設備，用于在將新鮮鍋爐進給水引入到脫氣設備中之前預加熱新鮮鍋爐進給水。通過加熱鍋爐進給水以純物理方式執行脫氣。隨后，合成氣體由空氣冷卻器冷卻，且然后由用冷卻水操作的冷卻器幾乎冷卻至環境溫度。在冷凝物分離器中，在先前冷卻階段中形成的冷凝物然后被從合成氣體分離，并且合成氣體被引導到進一步的處理。在工藝內，冷凝用于蒸汽產生。取決于冷凝物的純度和出口蒸汽的純度要求，冷凝物要么被保持與新鮮鍋爐進給水分離，在單獨的蒸發器中蒸發以獲得進給蒸汽，要么被傳送到鍋爐進給水脫氣設備中，并在鍋爐進給水脫氣設備處與新鮮鍋爐進給水混合。
根據現有技術的該工藝的缺陷在于：冷凝物被從具有環境溫度的合成氣體分離，并且對應地為了蒸發必須消耗大量熱能用于加熱冷凝物。
技術實現要素：
因此，本實用新型目的是提供必須被消耗用于加熱冷凝物的熱能較少的設備。
這一目的由根據本實用新型的設備解決。
根據本實用新型的第一方面的用于冷卻合成氣體的設備包括串聯的進給氣體熱交換器、已脫氣鍋爐進給水熱交換器、未脫氣鍋爐進給水熱交換器以及環境空氣熱交換器，其中所述未脫氣鍋爐進給水熱交換器被連接到脫氣器，并且所述脫氣器被連接到所述已脫氣鍋爐進給水熱交換器，并且其中最下游的一個所述熱交換器被連接到一個冷凝物分離器，其特征在于至少在最下游的所述一個熱交換器的上游的另一熱交換器之后，安裝另一冷凝物分離器。
從根據本實用新型的在最下游熱交換器之前已被從合成氣體分離的冷凝物的部分抽取的熱能較少，并且對應地，加熱該冷凝物的部分所需的熱能也較少。
優選地，用于冷卻所述合成氣體的全部冷卻水隨后被用作鍋爐進給水。被分離的熱的冷凝物不被冷卻。作為結果，能夠省略根據現有技術使用的用冷卻水操作用于將合成氣體冷卻至環境溫度的熱交換器。可行地，上游熱交換器需要略作適應性修改。省略對不用作鍋爐進給水且由此用來產生蒸汽的冷卻水的使用是非常有利的，特別是在缺水地區中的設備場所中。另外，這避免了對冷卻水路以及對泵和冷卻塔的成本及空間需求。
本實用新型的第二方面的用于冷卻合成氣體的設備基于第一方面的用于冷卻合成氣體的設備，其特征在于從上游到下游依次連接：所述進給氣體熱交換器、所述已脫氣鍋爐進給水熱交換器、所述環境空氣熱交換器與所述未脫氣鍋爐進給水熱交換器。由于這一順序，包含在合成氣體中的熱能被有效地傳遞到氣體和水的進給流。
本實用新型的第三方面的用于冷卻合成氣體的設備基于第一方面的用于冷卻合成氣體的設備，其特征在于從上游到下游依次連接：所述進給氣體熱交換器、所述已脫氣鍋爐進給水熱交換器、所述未脫氣鍋爐進給水熱交換器與所述環境空氣熱交換器。由于這一順序，包含在合成氣體中的熱能同樣被有效地傳遞到氣體和水的進給流。在設備的要規劃和操作的個別情形中，冷卻步驟的順序能夠被修改以適用于相應存在的邊際條件。
優選地，在與所述環境空氣的熱交換之后，所述熱的含水冷凝物被從所述合成氣體分離。在這一點上，冷凝物被冷卻至使得它能夠在無太多技術耗費的情況下被再利用和泵送的程度。另外，在這一點上獲得的冷凝物的量及它的溫度高到足以在經濟有利的程度上節約用于冷凝物的冷卻和再加熱的能量。
本實用新型的第四方面的用于冷卻合成氣體的設備基于上述方面中的任一方面的用于冷卻合成氣體的設備，其特征在于：所述一個冷凝物分離器和所述另一冷凝物分離器均被連接到所述脫氣器。對于這一過程，要接受的是：總是污染冷凝物的雜質進入鍋爐進給水中，且由此也進入產生的出口蒸汽中。這僅在允許使用出口蒸汽時是可能的。這一過程的優點在于：省略了僅來自冷凝物的單獨蒸汽發生，因此節約了成本和空間。
本實用新型的第五方面的用于冷卻合成氣體的設備基于第三方面的用于冷卻合成氣體的設備，其特征在于：所述脫氣器被附接有脫氣器熱交換器，所述脫氣器熱交換器連接所述已脫氣鍋爐進給水熱交換器與所述未脫氣鍋爐進給水熱交換器。在第五方面中，不僅在脫氣前后通過合成氣體加熱鍋爐進給水，而且在脫氣期間也通過合成氣體加熱鍋爐進給水。這是在脫氣期間通過引入在工藝內部產生的蒸汽來加熱鍋爐進給水的替代例。
本實用新型的第六方面的用于冷卻合成氣體的設備基于第二方面的用于冷卻合成氣體的設備，其特征在于：所述脫氣器被附接有脫氣器熱交換器，所述脫氣器熱交換器連接所述已脫氣鍋爐進給水熱交換器與所述環境空氣熱交換器。在第六方面中，不僅在脫氣前后通過合成氣體加熱鍋爐進給水，而且在脫氣期間也通過合成氣體加熱鍋爐進給水。
優選的是：已脫氣的鍋爐進給水用于產生出口蒸汽和產生用于所述催化蒸汽重整的進給蒸汽的至少一部分，其中所述鍋爐進給水通過與所述合成氣體的熱交換被預加熱，且隨后在也通過與所述合成氣體的熱交換被加熱的蒸汽發生器中被蒸發。在很多情況下，合成氣體供給的熱能不足以加熱蒸汽發生器。在很多情況下，加熱蒸汽重整反應器(SMR)的燃燒器的廢氣的熱能額外地用于此目的。
優選的是：通過所述工藝產生的冷凝物用作用于產生用于所述催化蒸汽重整的進給蒸汽的至少一部分的進給水，其中兩種冷凝物都在預熱器中被組合、加熱，且隨后在工藝冷凝物蒸發器中被蒸發。在很多情況下的蒸發器由從新鮮鍋爐進給水在工藝內部產生的蒸汽加熱。
示范實施例
根據對示范實施例和數值示例以及附圖的以下說明，也能夠獲得本實用新型的進一步的特征、優點和可能應用。所說明和/或示出的全部特征自身或者以任何組合形成本實用新型的主題，而與它們列入權利要求中或者它們的背景文獻無關。
附圖說明
下面將參考附圖中的圖1至圖3說明根據本實用新型的用于冷卻合成氣體的設備，其中：
圖1示出了現有技術的用于冷卻合成氣體的設備，
圖2和圖3各示出了本實用新型的示范實施例的用于冷卻合成氣體的設備。
附圖標記列表
1合成氣體
2熱交換器
3天然氣流
4熱交換器
5熱交換器
6熱交換器
7鍋爐進給水，新鮮
8脫氣器
9被逐出的氣體
10 空氣冷卻器
11 熱交換器
12 冷卻水
13 冷凝物分離器
14 冷凝物
15 冷凝物分離器
16 冷凝物
17 冷凝物流
18 帶有閥的旁路
19 外部蒸汽管道
具體實施方式
圖1：
合成氣體1通過鍋爐進給水到進給蒸汽和出口蒸汽(圖1中未示出)的熱交換和蒸發被冷卻至360℃的溫度，并被引入到熱交換器2中。在該熱交換器2處，該合成氣體1對天然氣流3放熱，該天然氣流3作為進給氣體被供給到蒸汽重整部(未示出)。合成氣體1然后被傳送通過熱交換器4、5和6，由此對從新鮮水產生的鍋爐進給水7進行加熱。用于加熱脫氣器8的熱交換器5能夠繞過旁路18。然后，能夠經由外部蒸汽管道19用來自工藝外部源的蒸汽加熱脫氣器8。鍋爐進給水7在脫氣器8中以物理方式即通過加熱被脫氣。被逐出的氣體9從脫氣器8被排出，并被供給到進一步的處理(未示出)。在已脫氣的鍋爐進給水7已在熱交換器4中被進一步加熱之后，鍋爐進給水7被供給到蒸發部(未示出)，在蒸發部中，鍋爐進給水7被轉化為用于蒸汽重整的進給蒸汽。合成氣體1從熱交換器6被供給到空氣冷卻器10，在該空氣冷卻器10中，合成氣體1通過對環境空氣放熱而被進一步冷卻。然后在熱交換器11中，用冷卻水12將合成氣體1進一步冷卻降至接近于環境溫度(例如40℃)。合成氣體1然后被傳送通過冷凝物分離器13。從合成氣體1分離的冷凝物14被供給到進一步的用途(未示出)。在很多情況下的進一步的用途在于如下事實：冷凝物14被用于產生用于蒸汽重整的進給蒸汽。
在冷凝物分離器13之后，合成氣體1被供給到進一步的處理(未示出)。
圖2：
圖2示出了在所述合成氣體在熱交換器6中已被冷卻至大約95℃之后借助于冷凝物分離器15從合成氣體1進行根據本實用新型的附加的冷凝物分離。分離的冷凝物16同樣具有95℃的溫度。在冷凝物分離之后，在空氣冷卻器10中，合成氣體1被冷卻至接近于環境溫度。隨后，在這一最后冷卻步驟中獲得的冷凝物14在冷凝物分離器13中被從合成氣體1分離。已經省略了用冷卻水操作的熱交換器。冷的冷凝物14流和熱的冷凝物16流被組合，并作為冷凝物流17被供給到進給蒸汽的蒸發部(未示出)。
圖3：
圖3示出了根據本實用新型的合成氣體的冷卻的變體。與圖2中的構造相比，僅最后兩個冷卻步驟的順序被倒置，即在合成氣體已經加熱脫氣器8之后，用空氣冷卻器10冷卻合成氣體，然后，在最后冷卻步驟中，對仍未脫氣的鍋爐進給水進行熱交換，這些鍋爐進給水隨后被供給到脫氣器8。
在如圖2或3中所示的本實用新型的具體方面中，也能夠省略待冷卻的合成氣體在脫氣器中與鍋爐進給水的熱交換(未示出)。這能夠通過致動旁路18或者甚至通過省略熱交換器5來執行。以這種方式，能夠獲得甚至更熱的冷凝物，該冷凝物的熱能能夠甚至更好地被回收或者再利用。另外，在省略熱交換器5時，減少了投資成本。
工業實用性
隨著用于合成氣體的進一步冷卻的工藝在工業上被廣泛使用，本實用新型引起對在用于合成氣體的進一步冷卻的該工藝中的能量及投資成本的節約。因此，本實用新型在工業上是適用的。