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CN107539951A - 蒸汽重整天然气的方法，具有产生向该方法供应所需热量的热烟气的两个燃烧室 - Google Patents

蒸汽重整天然气的方法，具有产生向该方法供应所需热量的热烟气的两个燃烧室 Download PDF

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CN107539951A CN201710506816.5A CN201710506816A CN107539951A CN 107539951 A CN107539951 A CN 107539951A CN 201710506816 A CN201710506816 A CN 201710506816A CN 107539951 A CN107539951 A CN 107539951A
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steam reforming
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K.叙拉
B.菲舍尔
J-L.安布罗西诺
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IFP Energies Nouvelles IFPEN
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Abstract

本发明涉及蒸汽重整天然气的方法，具有产生向该方法供应所需热量的热烟气的两个燃烧室。具体地，本发明描述了蒸汽重整天然气的方法，包括蒸汽重整交换器‑反应器（3000）、用于将CO转化为CO2的反应器（3100）和PSA氢提纯单元（4300），其目的在于制造合成气，其中蒸汽重整反应所需的热量由连接至产生烟气的第二燃烧室（3200）的第一燃烧室（3100）来供应，以产生非常高的热集成度。

Description

蒸汽重整天然气的方法，具有产生向该方法供应所需热量的 热烟气的两个燃烧室
技术领域
本发明涉及蒸汽重整天然气的方法，具有产生向该方法供应所需热量的热烟气的串联或并联的两个燃烧室。
背景技术
HyGenSys工艺是由甲烷生产氢气的方法。该方法的基本原理和主要特征主要在专利EP 2 447 210中提供。从机械设计和紧凑型和允许并导致节约大量能量的先进的热集成的角度来看，这种氢气生产模式的原始特征在于非常特殊的交换器-反应器。与通常输出蒸汽（steam）的大多数现有技术的方法相反，并且实际上在宽的S/C比（蒸汽对烃进料的摩尔比的缩写，所述烃进料在这种情况下为天然气）范围内，这种先进的热集成意味着可以获得完全适应所述方法的需要的蒸汽消耗。
这一特征构成了非常重要的优点，只要能够容纳通过甲烷的蒸汽重整制造氢气（其缩写为SMR，即“蒸汽甲烷重整”）的单元的场所，如炼油厂，通常具有多余的蒸汽，并且容纳更多蒸汽生产设备没有好处。
现有技术检查
专利EP 2 447 210描述了称为“HyGenSys”法的通过蒸汽重整天然气制氢的工艺的基本流程图，该方法简要说明如下：
高度吸热的甲烷蒸汽重整反应所需的热量由燃烧室所产生的加压烟气提供，主要由来自氢气提纯步骤（PSA，英文术语“变压吸附（Pressure Swing Absorption）”的缩写）的吹扫气体（purge gas）和补充燃料来供应该燃烧室。
在高温下反应后，以蒸汽形式利用来自烟气的剩余热量，所述蒸汽供应该方法和驱动产生加压烟气所需空气压缩机的涡轮机。这种操作模式特别适于要求保护的1.5至2的蒸汽对烃进料之（摩尔）比的优选范围。但是，SMR单元通常以过量蒸汽运行，蒸汽对碳的（摩尔）比为2至4（S. Reyes等人, Ind. Eng. Chem. Res., 第42卷, 第8期, 2003）。
本发明的方法包含第二燃烧室，并具有甚至更先进的热集成，这意味着可以扩展“HyGenSys”工艺的蒸汽重整交换器-反应器的可能的工作范围。
第二燃烧室的优点还在于使得该方法在启动水平方面和在操作方面，还有在处理的天然气类型方面更为灵活。由于第二燃烧室，本发明中描述的热集成可用于优化配置以最大化该设备的能量产率。
附图说明
·图1代表了本发明的方法的第一配置，主燃烧室（the primary combustionchamber）与辅助燃烧室(the secondary combustion chamber)串联运行。
·图2代表了本发明的方法的第二配置，其中辅助燃烧室并非串联，而是生成烟气，该烟气随后与来自主燃烧室的烟气混合以生成再加热烟气的整体流。
·图3代表了本发明的方法的第三配置，其中辅助燃烧室与主燃烧室并联运行，并生成独立的烟气流，其不与获自主燃烧室的烟气流混合。
·在本文的剩余部分，术语“第一燃烧室”将用于主燃烧室，而“第二燃烧室”将用于辅助燃烧室，描述词“主”表示该主室或第一燃烧室中生成的烟气向该催化蒸汽重整交换器-反应器供应热量。
发明内容
本发明可以视为对专利EP 2 447 210中描述的通过蒸汽重整天然气制造合成气的工艺的改进。
所引入的改进构成如下：基本上包括增加第二燃烧室以生成再加热的烟气流，其事实上可用于提高用于该方法的过热蒸汽的产量，并由此提供比现有技术更宽的S/C摩尔比范围的路径。该S/C摩尔比范围由此拓宽至1.5至5、优选2至4的区间。
更精确地，本发明可以定义为使用蒸汽重整交换器-反应器（3000）、通常称为WGS反应器（水煤气变换）的用于将CO转化为CO2的反应器（3001）、和用于通过PSA提纯氢气的单元（4300）的蒸汽重整天然气的方法，其目的在于制造合成气，其中蒸汽重整反应所需的热量以通过与第一燃烧室串联或并联连接的第二燃烧室（3200）补充的第一加压燃烧室（3100）中生成的燃烧烟气来提供，以便采用获自第一和第二燃烧室的所述烟气在交换器（1007）中产生蒸汽流以满足用于蒸汽重整反应的蒸汽和用于蒸汽轮机（6000）以供应空气压缩机（5200）的蒸汽两者的需要，通过该方法生成的所述蒸汽用于在蒸汽重整交换器-反应器（3000）中获得1.5至5、并优选2至4的S/C摩尔比。
本发明可以根据第二燃烧室连接到生成用于该方法的热烟气的第一燃烧室的方式分解成三种变体。
在本方法的第一种变体中，第二燃烧室用获自第一燃烧室的烟气供应并提高它们的温度水平。
在本发明的第二种变体中，第二燃烧室独立于第一燃烧室运行，且由所述第二室生成的烟气与第一燃烧室所生成的那些合并。
在本发明的第三种变体中，第二燃烧室也独立于第一燃烧室运行，并且由所述第二燃烧室生成的烟气遵循独立于获自第一燃烧室的烟气的路径的路径。
根据本发明的第一种变体，本发明可以定义为蒸汽重整天然气的方法，其目的在于制造合成气(synthesis gas)（有时称为“合成气体(syngas)”），其中该蒸汽重整反应所需的热量由在1.5至4巴、优选2至3巴的压力下运行的第一燃烧室（3100）中生成的燃烧烟气来供应。
所述烟气在950℃至1300℃的温度下引入该蒸汽重整交换器-反应器（3000），并将它们的热量转给蒸汽重整交换器-反应器中的工艺流体。它们在450℃至750℃的温度下离开交换器-反应器（3000），随后使用补充燃料在第二燃烧室（3200）中再加热以便将它们的温度水平提高到450℃至1250℃的值，其温度水平使得能够在交换器（1007）中用所述再加热的烟气生成蒸汽以满足一方面用于蒸汽重整反应的蒸汽和另一方面用于蒸汽轮机（6000）以供应空气压缩机（5200）的蒸汽两者的需要。在该方法的不同热交换过程中生成的蒸汽可用于获得1至5、优选2至4的蒸汽重整交换器-反应器（3000）中的S/C比。
根据本发明的蒸汽重整天然气方法的第二种变体，蒸汽重整反应所需的热量由在1.5至4巴、优选2至3巴的压力下运行的第一燃烧室（3100）中生成的燃烧烟气供应，所述烟气在950℃至1300℃的温度下引入该蒸汽重整交换器-反应器（3000）。所述烟气将它们的热量转给蒸汽重整交换器-反应器（3000）中的工艺流体，并在450℃至750℃的温度下离开交换器-反应器（3000），随后重新加入获自第二燃烧室（3200）的烟气（440）以产生混合和再加热的烟气流（441），所述烟气流（441）的温度为450℃至1250℃。该温度水平使得能够在交换器（1009）中用所述再加热烟气（441）生成蒸汽以满足用于蒸汽重整反应的蒸汽和用于蒸汽轮机（6000）以供应空气压缩机（5200）的蒸汽两者的需要。在该方法的过程中生成的蒸汽可用于获得1至5、优选2至4的蒸汽重整交换器-反应器中的S/C比。
根据本发明的天然气蒸汽重整方法的第三种变体，蒸汽重整反应所需的热量由在1.5至4巴、优选2至3巴的压力下运行的第一燃烧室（3100）中生成的燃烧烟气供应，所述烟气在950℃至1300℃的温度下引入该蒸汽重整交换器-反应器（3000）。所述烟气将它们的热量转给蒸汽重整交换器-反应器（3000）中的工艺流体，并在450℃至750℃的温度下离开该交换器-反应器，形成第一烟气流（410），
·将获自该交换器-反应器（3000）的所述第一烟气流（410）引入该交换器（1007）以过热进入的蒸汽流（630），产生过热蒸汽流（631）和冷却烟气流（415），所述冷却烟气流（415）供应至交换区（1009）以预热该燃烧空气（301），由此产生再加热的压缩空气流（310）和冷却烟气流（416），所述冷却烟气（416）处于1至2巴的压力和130℃至300℃的温度，
·获自与第一燃烧室（3100）并联运行的第二燃烧室（3200）的第二烟气流（450）处于900℃至1500℃、优选950℃至1300℃的温度和1.5至4巴的压力，所述第二烟气流（450）供应至热交换器（1008），与锅炉水流（730）接触以汽化其中的一部分（731），获得部分汽化的蒸汽的流（731）和部分冷却烟气（451），将所述冷却烟气流（451）引入交换器（1010）以产生再加热锅炉水流（511），该冷却的烟气流（452）处于1至2巴的压力和130℃至300℃的温度。
在一个对本发明的天然气蒸汽重整方法的三种变体有效的优选版本中，主要用于第一燃烧室（3100）的燃料由来自PSA提纯获自蒸汽重整交换器-反应器的合成气的单元的吹扫气体构成。
在对本发明的天然气蒸汽重整方法的三种变体有效的同样优选的版本中，用于第一燃烧室（3100）的补充燃料是就地可得的轻质燃料气。
当这种类型的燃料不可得时，可以使用天然气，任选地为与用于该蒸汽重整交换器-反应器（3000）的进料的天然气相同的天然气。
该燃料也可用于第二燃烧室（3200），并且优选地，该主室（3100）与该辅助室（3002）使用相同的燃料。
发明详述
以下详述涉及图1，其代表本发明的操作流程图的优选版本。
图1中的交换器以图示方式显示。当交换器的特定配置是优选的时，其在详述中详细说明。
压力以巴（绝对）表示，显示为巴。
在本流程图中可以区分几个回路：
·天然气进料回路（100）,
·导致产生氢气的合成气流出物的回路（200），
·在主燃烧室（3100）中制得的烟气的回路（400），
·分别根据本发明的蒸汽重整方法的三种优选变体在辅助燃烧室（3200）中制得的烟气的回路（420，440，450），
·获自PSA的氢气的回路（220）。
本操作流程图在其3种变体中导致非常强的热集成，特别是在烟气回路方面。
设计本流程图以尽量减少供应至该主燃烧室（3100）与该辅助燃烧室（3200）的外部热量。
还设计该流程图以使得该单元在蒸汽与进料一起引入的方面是灵活的，意味着该方法可以以1.5至5、优选为2至4的蒸汽对进料比（表示为S/C）运行。
对于给定的蒸汽重整催化剂，非常重要的是使用尽可能高的S/C比以减少在蒸汽重整反应器的管中结焦的风险和促进随后的WGS反应。
该方法用大约30至42巴的压力下的天然气（100）来供应，取决于由该交换器-反应器自身与其它相关交换器引起的压降。
任选并取决于选择用于将进料脱硫的催化操作（2000）的选择，获自提纯H2生产单元（4300）的氢气流（211）与进料（100）混合。通常，氢气的补充为进料流（100）的摩尔数的1%至10%，优选为2%至7%。
补充氢气的作用在于促进进料（100）中可能含有的含硫分子转化成H2S，该H2S被2000中所含捕集物质捕集。这导致了富含氢的天然气流（110）。
该富氢进料（110）在热交换器（1000）中接触工艺流（即获自该工艺）被再加热，所述工艺流是已经部分冷却（131）的料流（131）（合成气）。这种交换的作用是第一次预热该进料以节约提供至该交换器-反应器（3000）的热量。
部分冷却的合成气流（131）处于通常为160℃至220℃的温度下。富含氢气的进料意在被再加热到等于至少130℃、优选至少等于140℃的温度。对于这种热交换（1000），逆流配置是优选的。富含氢气并经第一次再加热的进料（111）在热交换器（1001）中第二次再加热。这里，使用过热蒸汽流（650）再加热该进料。
第二次再加热的作用是以使进料温度与位于下游的脱硫（2000）相容的方式预热该进料。再加热设想为300℃至400℃、优选为330℃至380℃的温度。
过热蒸汽（650）的温度为440℃至500℃。
该富氢和过热的进料（112）随后在脱硫单元（2000）中脱硫。脱硫用于保护重整催化剂的活性相（例如金属镍）免受硫的破坏（硫会极大地降低它们的活性）。该脱硫步骤必须包括捕集物质以捕获硫。这些物质例如由锌或铜的氧化物的固定床构成。取决于进料中遇到的含硫物类，特别是处理天然气中使用的含硫加臭剂的情况，可能需要在这些捕集物质之前进行催化氢化，其作用是将难以在保护床上捕集的含硫物类转化成可以被捕集的含硫物类，如H2S（未在图1中显示）。如上所示，进料中存在氢有利于该催化步骤。
该脱硫步骤出口处的硫指标通常低于ppm水平。在进料含有非常少的硫的情况下，可以使用冷捕集物质，例如用镍，以便对该进料脱硫。在这种情况下，它们尽可能靠近端部（end bank）定位，通常在料流100上（未显示）。
脱硫进料（113）随后与蒸汽流（651）混合。这里设想1.5至5的H2O/C摩尔比，在正常情况下优选为1.5至3。1的比对应于重整反应的化学计量；超过2的比对该重整反应有利，并防止在该交换器-反应器的催化剂上出现焦炭。
与蒸汽混合的进料（114）随后引入该交换器-反应器（3000）。其温度为300℃至450℃、优选330℃至400℃。预热的与蒸汽混合的进料（114）引入该交换器-反应器（3000）的工艺管；该管含有适于蒸汽甲烷重整反应的催化剂。通常，其活性相包含镍。
交换器-反应器（3000）是一系列平衡反应的场所，所述平衡反应主要对应于甲烷重整（SMR，蒸汽甲烷重整的缩写）和水煤气反应（WGS，水煤气变换的缩写，其是将CO + H2O的混合物转化成CO2 + H2的反应）。
该SMR反应是高度吸热的，并且通过该平衡反应的甲烷转化在高温下是有利的。相反，该WGS反应是放热的。
在所选运行条件（即800℃至1000℃的催化床出口温度、25至35巴的压力）下这些反应（SMR和WGS）的整体平衡总体上是吸热的。该反应所需的热量由获自该主燃烧室（3100）的压力下的热烟气（400）来供应。
该烟气（400）处于950℃至1300℃的温度和1.5至4巴、优选2至3巴的压力。
该烟气作为进料（114）的逆流在工艺管与烟气管之间的环形间隙空间中穿过该交换器-反应器，该烟气管引导烟气接触其环绕的工艺管。
该交换的目的是在该工艺管底部达到该反应所期望的温度，逆流布置意味着优化了烟气（400）的高温热能的利用。
通过平衡的SMR与WGS反应制得的粗合成气经由插管（bayonet tube）排出，该插管上升穿过该工艺管的中心，并随后穿过位于外部工艺管与内部工艺管之间的催化区域，这两根管的组构成插管。再一次，在热合成气与进料之间生成逆流热交换，意味着优化了供应至该交换器-反应器（3000）的高温热能的利用。
这获得了部分冷却的合成气（120），通常为500℃至750℃，和冷却的烟气流（410），通常为450℃至700℃。
粗合成气（120），通常称为“合成气体（syngas）”，处于高温下和压力下，并包括高氢气含量，通常为40至60摩尔%。
由于400℃至900℃的温度条件有利于某些钢材的金属粉化（dusting），合意的是尽可能快地离开该范围。这在交换器1002中进行，其作用是快速冷却粗合成气（120）以离开有利于所述金属粉化的条件范围，并且还利用由合成气输送至加压蒸汽的热量。
在粗合成气流（120）与获自蒸汽发生鼓（4200）的处于其泡点的锅炉水流之间生成压力下的蒸汽。这获得了通常被冷却至高于锅炉水（740）沸点10℃至50℃的合成气（121）。
例如，该沸点对于大约40巴的锅炉水压力为大约250℃，并且部分汽化的锅炉水流（741）通常具有5%至25%的汽化度。
元件4200和1002的通常重力布置对生成蒸汽领域的技术人员是已知的。合适的材料（例如陶瓷）在交换器（1002）中用于防止任何由金属粉化造成的劣化的风险。
该料流（121）仍含有一定量的一氧化碳，通常为1%至20%，其可以在WGS反应器中转化为氢气。对于一定的CO含量，例如大约10%或更低，该CO可以通过低温WGS的单一阶段转化。
该合成气（121）在蒸汽发生鼓（4100和4200）上游在其再加热路径上通过在1003处与预热的锅炉水（511）的热交换到达适于其进入WGS反应器（3001）的温度。该WGS反应器（3001）入口处的合成气（122）温度通常为200℃至300℃，优选为200℃至230℃。
对于更高的CO含量，可能必须进行用于更高温度的WGS的步骤，取代或联合低温WGS（未显示）。
反应器3001中的WGS反应是放热的。这导致了富含氢气的合成气（130），其CO含量已经降低至低于5摩尔%，并且其温度已经升高了大约70℃至150℃。
这种温度升高与反应器（3000和3001）的运行条件密切相关，但是也与进料的初始组成及其蒸汽稀释的程度相关。
通过使用获自该WGS反应器上游的第一再加热的再加热锅炉水（512）的热交换器（1004）利用来自该WGS反应的热量。
交换器（1004）的作用是使该锅炉水达到适于进料至该蒸汽发生鼓（4100和4200）的温度，即低于这些鼓中存在的锅炉水的泡点5℃至50℃。这产生了预热锅炉水流（513）和合成气流（131）。
该交换器（1004）的另一功能是导致温度降低，目的在于冷凝该合成气中所含的水，该冷凝在交换器1000、1005和1006中进行，目的在于着手进行提纯该气体的步骤（4100）。
在来自交换器（1000）的合成气中可能出现液体部分。该液体部分可能与合成气一起前进至分离鼓（4000）或逐渐排出并与交换器1005上游的工艺的冷凝物（840）混合。
如上所示，该合成气在交换器1000中再加热该进料（110）以制造料流132。
该合成气随后通过热交换器（1005）接触来自该方法的冷凝物（840）来冷却。这制造了冷却的合成气（133）和再加热到90℃至130℃、优选100℃至110℃的冷凝物（850）。选择该温度以确保脱气器（4400）在其操作压力（通常为1至2巴）下正常运行。
对于大约25至35巴的压力，在交换器（1005）下游的冷却合成气（133）仍处在100℃至200℃的温度下。这些条件不足以确保该气体中的水分冷凝。因此，其通过使用由热交换区（1006）和任选的连接至再生装置（8000）的冷却的传热流体的再循环组成的冷设备（coldutility）来补充。
通常，如果热交换器（1006）对应于空气冷却交换器，则不需要再生单元（8000）。如果交换器（1006）对应于通过冷却水的循环进行的冷却，元件（8000）由此可以是冷却塔。
交换器（1006）的选择通常由安装位置的气候条件来决定，但是尤其由提纯步骤（4300）允许的合成气中最大水含量来决定，该水含量通常小于10000重量ppm。
这产生了处于通常低于50℃的温度下的冷却的合成气（134）。该冷凝物（810）（主要为水性的）在分离鼓（4000）中分离。获得富含干燥氢气的合成气（140）。
4300处的下一步骤在于分离存在的物类以获得超过95%纯、优选超过98%的氢气。该分离步骤通常通过采用变压吸附（PSA）原理的方法进行。
来自该步骤的流出物有三种：
•用于输出的提纯氢气料流（200），
•用于再循环至该方法的提纯氢气流（210），
•主要含有获自转化的非氢产物以及未转化物类的吹扫物流（purge stream）（220）。
用于输出的提纯氢气流（200）处于20至30巴的压力和接近4000处的分离温度的温度。
用于再循环的提纯氢气流（210）的压力通过压缩步骤（5000）升高以便能够重置该方法的压降，并引导（211）朝向进入该单元的进料（100）。PSA吹扫物流（220）在低压下制得，通常1至3巴。该压力在压缩步骤（5100）过程中提高以便能够将其（221）导向在压力下运行的主燃烧室（3100）。
本发明的方法还包括蒸汽回路，其作用是供应该方法和通过提出驱动空气压缩机的解决方案来利用获自该方法的热量。该系统经由管线500用锅炉水来供应。这种水处于低压力下并低于其沸点。其压力使用泵（7000）来提高，以便在考虑到其路径上的压降的情况下使得其在（510）中处于比蒸汽发生鼓的压力更高的压力下，即通常为40至60巴。
料流（510）在热交换器（1010）中用冷却的烟气（423）再加热。这产生了在110℃至200℃的温度下的冷烟气（430）和在110℃至170℃的温度下的再加热锅炉水流（511）。
该锅炉水（511）通过与粗合成气（121） 的热交换再次加热以便令后者达到与该WGS反应器（3001）的所需运行相容的温度。
该锅炉水（512）在被供应至蒸汽发生鼓之前通过与获自WGS反应器（3001）的合成气（130）的交换在交换器（1004）中最后一次再加热。该交换的目的在于使锅炉水（513）在鼓（4100和4200）中达到高于沸点5℃至50℃的温度。
该锅炉水被分为两个料流（530和520）以分别供应该蒸汽发生鼓（4100和4200）。
鼓4100经由回路730和731连接到热交换器1008上。鼓（4100）中含有的锅炉水通常处在其泡点。回路730将锅炉水引向热交换区（1008），在那里汽化一部分水。
该部分汽化的锅炉水（731）返回蒸汽发生鼓（4100），其中将蒸汽部分排空（610）以供应该单元的蒸汽网络。
该液体部分再循环至鼓（4100）。与蒸汽生产相关的液位（level）损失通过连续供应锅炉水（530）来补偿。
由料流730和731构成的循环回路的驱动力通常是重力。通常，可以使用多个管道730和731。
该鼓4200经由管道740和741连接到热交换器1002上。通常，鼓（4200）中所含的锅炉水处在其泡点。管道740将该锅炉水导向热交换区（1002），在那里一部分水汽化。该部分汽化的锅炉水（741）返回蒸汽发生鼓（4200），由此排出（620）该蒸汽部分以供应该单元的蒸汽网络。液体部分再循环至该鼓（4200）。与蒸汽生产相关的液位损失通过连续供应锅炉水（520）来补偿。
由料流740和741构成的循环回路的驱动力通常是重力。通常，并如本领域技术人员已知的那样，可以使用多个管道740和741。该蒸汽发生器4100和4200产生类似量的蒸汽，操作点为大约40巴，温度为大约250℃。
该蒸汽发生器的操作范围为35至60巴，蒸汽731和741的汽化度为5%至25%。
蒸汽流610和620在630处合并，以便在热交换器（1007）中接触获自辅助燃烧室（3200）的热烟气（420），在631中过热。
过热蒸汽（631）在供应（640）涡轮机（6000）和供应（650）该方法之间分配。供应该方法的过热蒸汽（650）的主要作用是在上述热交换（1001）过程中预热该进料。其随后与脱硫进料（113）混合（651）以构成向交换器-反应器（3000）的供应（114）。
过热蒸汽流（640）供应涡轮机（6000），其可用于驱动该单元的旋转机械，特别是空气压缩机（5200）。涡轮机（6000）与压缩机（5200）之间的连接并未在图1中显示。
该膨胀式涡轮机例如连接至冷却回路以冷凝膨胀蒸汽（未显示）。这种冷凝有两种作用：其在涡轮机下游产生部分真空，这提高了膨胀率，由此改善了在其轴处的可回收功，并且其还可用于能够在锅炉水管道中循环（830）该冷凝物 （用于移动这些冷凝物的元件如泵未显示）。
用于循环锅炉水的回路包括回收来自该方法的冷凝物（810）（其获自提纯单元（4300）上游合成气中含有的水分的冷凝）、水补充（820）（优选适于锅炉用途，并且为脱矿物类型），例如其与冷凝物（830）合并（840）。这些冷凝物（840）通过与部分冷却的合成气（132）的热交换来再加热（1005）。再加热的冷凝物（850）膨胀并送至脱气器（4400），其作用在于消除溶解的气体，所述气体（如具有酸化作用的CO2）会扰乱或劣化该锅炉水回路。操作原理构成如下：用低压蒸汽（660）汽提该冷凝物。
关于水质的另一控制元件由在构成锅炉水网络的各种容量（capacity）（4100、4200和4400）中除去一部分锅炉水构成。对于在温度和压力下的容量如蒸汽发生鼓（4100和4200），这些去除物（takeoff）（分别为710和720）占锅炉水容量的供应流的大约1%至10%、优选1%至5%。
这些锅炉水被冷却（8100）以使它们处在适于其处理的温度，通常低于50℃。在SMR单元的规模，这些料流是大的，并且可能有利的是膨胀这些热冷凝物（721）（未显示，在冷却上游）以产生低压蒸汽（670），其可例如适于在脱气器（4400）中汽提（660）该锅炉水。残余的液体料流本身是冷却的。该脱气器（4400）还可以包括连续去除（760），特别是用于控制锅炉水中含有的固体的量。流出物（750和760）载有杂质，因此它们被导向（770）水处理单元（未显示）。
重整天然气所需的能量由加压烟气提供。空气（300）通过压缩机（5200）加压，所述压缩机（5200）优选通过蒸汽轮机（6000）来驱动。压缩空气（301）在2至5巴的压力下。优选地，该空气通过热交换器（1009）用部分冷却的烟气（422）预热。再加热的空气流（310）通常为200℃至300℃。
预热空气分为主燃烧室（3100）的空气供应（330）和送至辅助燃烧室（3200）的供应（320）。
这种分配是任选的，如果根据所选择的技术，如采用燃气管道燃烧器，该燃烧可以在辅助燃烧室（3200）中用热烟气（410）中含有的剩余氧来进行。
该主燃烧室用压缩和再加热的空气（330）、来自提纯单元（4300）的吹扫物（purge）（其随后再被压缩（221））、以及补充燃料（101）来供应。在由吹扫物（221）燃烧释放的能量不能供应足够的能量以确保其能够独自正常运行该交换器-反应器（3000）的情况下，该燃料补充是必要的。
该补充燃料（101）优选是气态的，并且作为实例，选择101以使用与供应该方法（100）相同的天然气。
取决于所选择的场地，有可能存在过剩的轻质燃料气，如炼油厂燃料气，在这种情况下，这些燃料优选用于向该燃烧室的供应的全部或一部分，有可能用供应该方法的天然气进行所述补充。
该主燃烧室（3100）产生在1.5至4巴、优选2至3巴的压力下的烟气（400），其作为进料（114）的逆流穿过交换器-反应器（3000），随后在450℃至750℃的温度下离开该交换器-反应器（410）。
通过燃烧与101相同类型的补充燃料（102），可以在第二燃烧室（3200）中接收能量的补充。
通过410中所含的残余氧进行向辅助燃烧室（3200）供氧的全部或一部分，用预热的加压空气（320）进行补充。在某些情况下，用于该辅助燃烧室（3200）的燃烧空气将通过独立于压缩机（5200）的专用于所述辅助燃烧室的压缩机来压缩。该辅助燃烧室的压缩机的供应可以是电的，或其可以使用蒸汽。这种配置向该方法提供了更多灵活性。这产生了在450℃至1250℃的温度下的再加热烟气流（420），其作用在于在该交换器（1007）中过热该蒸汽，和在交换器（1008）中生成蒸汽以使得来自该鼓（4100和4200）的蒸汽总产量覆盖该方法的蒸汽需要、并优选覆盖该方法的蒸汽需要与供应至该涡轮机（6000）以驱动该压缩机（5200）的蒸汽需要。
这些交换器产生在高于该蒸汽发生鼓（4100）中所含锅炉水的泡点5℃至50℃的温度下的冷却烟气（422）。
在大约250℃的泡点的情况下，这产生了温度为255℃至300℃的冷却烟气。
该温度水平意味着可以预热热交换器（1009）中的空气。这产生了烟气（423），其温度通常为130℃至250℃，这意味着可以第一次再加热该热交换器（1010）中的锅炉水。这产生了在110℃至200℃的温度下的冷烟气（430）。
存在本流程图的两种简化版本，其中省去了经由交换器（1009）预热来自燃烧室的燃烧空气的步骤，或其中省去了在过热蒸汽上回收能量（6000）的步骤，该压缩机（5200）随后通过本领域技术人员已知的任何手段来驱动。
图2
除了在交换器-反应器下游产生过热烟气（410）之外，图2的描述与图1的描述相同。
该燃烧室（3200）用加压空气（320）和用如上所述的燃料（102）来供应。相比之下，其不再用获自该交换器-反应器（3000）的烟气（410）来供应。该辅助燃烧室（3200）由此独立于主燃烧室（3100）运行，并产生热烟气流（440），其与烟气（410）混合以使混合烟气流（441）具有可与上述（图1）料流（420）相比的特性。该烟气（440）处于650℃至1800℃、优选为900℃至1300℃的温度下，以产生混合烟气流（441），其温度为450℃至1250℃。
该混合烟气（441）随后在交换器（1007，1008，1009和1010）中经历上述交换。
图3
除了热烟气的产生和它们的热量利用的管理之外，图3的描述与图1的描述相同。
以与图2中描述的变体中相同的方式，主燃烧室（3100）和辅助燃烧室（3200）以独立的方式运行。
这里的不同之处在于，两个燃烧室，主燃烧室与辅助燃烧室，并联运行，并且获自各室的烟气并不合并。交换列（exchange chain）分布在相应的两个烟气流上。
获自交换器-反应器（3000）的烟气流（410）如上所述。在该变体中，将获自该交换器-反应器（3100）的烟气直接引入交换器（1007）以过热该蒸汽流（630）。优选地，该交换器（1007）以逆流模式运行。这产生了如图1中所述的过热蒸汽流（631）与冷却烟气流（415）。
将该冷却烟气流（415）供应至交换区（1009）以预热该燃烧空气（301）。这产生了如上文中对图1所描述的再加热的压缩空气（310），以及冷却烟气流（416）。这些冷却烟气（416）处于1至2巴的压力和130℃至300℃的温度。
获自第二燃烧室（3200）的烟气流（450）处于900℃至1500℃、优选为950℃至1300℃的温度和1.5至4巴的压力。该烟气（450）供应至热交换器（1008）与锅炉水流（730）接触以便如上所述汽化一部分（731）。
这产生了部分汽化的蒸汽流（731）和冷却的烟气（451）。
该冷却烟气流（451）与锅炉水（510）在交换器（1010）中交换热量以产生如上所述的再加热锅炉水流（511）。
这产生了在1至2巴的压力下和在130℃至300℃的温度下的冷却的烟气流（452）。
具体实施方式
根据本发明的实施例
下面的两个实施例意在阐明本发明的氢生产单元的操作，特别是辅助燃烧室在该单元的灵活性方面所起的作用。
实施例1涉及图1中显示的优选配置，蒸汽/天然气（S/C）摩尔比为2。
实施例2涉及图1中显示的优选配置，S/C比为4。
实施例1：
该实施例考虑了根据图1中显示的配置集成了“HyGenSys”蒸汽重整交换器-反应器的蒸汽重整单元。
产量为100000 Nm3/h的氢气，纯度为99.8摩尔%。
相关进料是含有150 ppm的含硫物类的天然气，其组成以摩尔分数显示在表1中。
该天然气进料（100）以29.7 t/h的速率供应至该方法。其在2的进料中蒸汽对碳（S/C）摩尔比下运行。
表1
物类 摩尔分数
CO2 0.012
CH4 0.920
C2H6 0.043
C3+ 0.011
N2 0.014
在加入0.18 t/h的获自生产的H2，即来自PSA（4300）的吹扫物，脱硫并与63.7 t/h的蒸汽混合之后，该交换器-反应器用该进料供应。在WGS步骤（3001）后，将所得合成气（120）冷却至40℃（134）以便在PSA提纯（4300）之前获得19.7 t/h的冷凝物。这导致通过PSA提纯了9.2 t/h的H2（200）的料流、用于该进料的0.18 t/h的H2（210）的料流和专用于主燃烧室（3100）的大约64.6 t/h的吹扫物（220）。
该主燃烧室（3100）用再压缩的吹扫气体（221）、342 t/h的量的压缩空气（330）和0.48 t/h的量的与进料气体组成相同的补充燃料（101）来供应。
该燃烧产生407 t/h的热加压烟气（400）。
该辅助燃烧室（3200）用冷却的烟气（410）、3.9 t/h的空气（320）并用0.39 t/h的补充燃料（102）来供应。
这产生了412 t/h的再加热烟气（420）的料流。
分别通过与合成气（120）和与再加热烟气（421）的热交换制得52.7 t/h的蒸汽620与58.3 t/h的蒸汽610。
对于总计111 t/h的制得的蒸汽，63.7 t/h用于该方法（650），而43.7 t/h用于涡轮机（6000）以驱动空气压缩机（5200）。
在该配置中，通过再加热燃烧空气从烟气中回收热量是没用的。
实施例2：
该实施例考虑了根据图1中显示的配置集成该HyGenSys反应器的蒸汽重整单元。
使用与实施例1相同的容量和相同的进料组成。
产量为100000 Nm3/h的氢气，纯度为99.8摩尔%。
相关进料是含有150 ppm的含硫物类的天然气，其组成以摩尔分数显示在表1中。进料（100）以22.8 t/h的量供应至该方法。其在4的蒸汽对碳（S/C）摩尔比下运行。
在加入0.15 t/h的获自生产的H2，即来自PSA（4300）的吹扫物，脱硫并与100 t/h的蒸汽混合之后，该交换器-反应器（3000）用该进料供应。
在WGS步骤（3001）后，将所得合成气（120）冷却至40℃（134）以便在PSA提纯（4300）之前获得55.4 t/h的冷凝物。
这导致提纯了9.2 t/h的H2（200）的料流、用于该进料的0.15 t/h的H2（210）的料流和专用于主燃烧室（3100）的大约58.4 t/h的吹扫物（220）。
该主燃烧室（3100）用再压缩的吹扫气体（221）、320 t/h的量的压缩空气（330）和5.1 t/h的量的与进料气体组成相同的补充燃料（101）来供应。
主室（3100）中的燃烧产生了383 t/h的热加压烟气（400）。
该辅助燃烧室（3200）用冷却的烟气（410）、26.8 t/h的空气（320）和用2.6 t/h的补充燃料（102）来供应。这产生了412 t/h的再加热烟气（420）的料流。
分别通过与合成气（120）和与再加热烟气（421）的热交换产生63.6 t/h的蒸汽620与83.1 t/h的蒸汽610。
对于产生的总计147 t/h的蒸汽，100 t/h用于该方法（650），46.7 t/h用于涡轮机（6000）以驱动空气压缩机（5200）。
在该配置中，通过再加热燃烧空气回收来自该烟气的热量，热流量为大约10 MW，节约了大约0.8 t/h的补充气体。

Claims (7)

1.蒸汽重整天然气的方法，使用蒸汽重整交换器-反应器（3000）、称为WGS反应器的用于将CO转化为CO2的反应器（3001）和用于通过PSA提纯氢气的单元（4300），其目的在于制造合成气，所述合成气在WGS（3001）和提纯（4300）单元中逐渐富含氢气，其中蒸汽重整反应所需的热量由第一加压燃烧室（3100）中生成的燃烧烟气来提供，该燃烧烟气由与第一燃烧室串联或并联连接的第二燃烧室（3200）来补充，以便采用获自第一和第二燃烧室的所述烟气在交换器（1007）中产生蒸汽流以满足用于蒸汽重整反应的蒸汽和用于蒸汽轮机（6000）以供应空气压缩机（5200）的蒸汽两者的需要，和通过该方法生成的所述蒸汽用于在蒸汽重整交换器-反应器（3000）中获得1.5至5、优选2至4的S/C摩尔比。
2.如权利要求1中所要求保护的天然气蒸汽重整方法，其中蒸汽重整反应所需的热量由在1.5至4巴、和优选2至3巴的压力下运行的第一燃烧室（3100）中生成的燃烧烟气供应，所述烟气在950℃至1300℃的温度下引入所述蒸汽重整交换器-反应器（3000），所述烟气将它们的热量转给该蒸汽重整交换器-反应器中的工艺流体，并在450℃至750℃的温度下离开该交换器-反应器（3000），随后使用补充燃料在第二燃烧室（3200）中再加热以便将其温度水平提高到450℃至1250℃的值，该温度水平使得能够在交换器（1007）中用所述再加热烟气生成蒸汽以满足用于蒸汽重整反应的蒸汽和用于蒸汽轮机（6000）以供应空气压缩机（5200）的蒸汽两者的需要。
3.如权利要求1中所要求保护的用于制造合成气的天然气蒸汽重整方法，其中蒸汽重整反应所需的热量由在1.5至4巴、和优选2至3巴的压力下运行的第一燃烧室（3100）中生成的燃烧烟气供应，所述烟气在950℃至1300℃的温度下引入所述蒸汽重整交换器-反应器（3000），所述烟气将它们的热量转给所述蒸汽重整交换器-反应器中的工艺流体，并在450℃至750℃的温度下离开该交换器-反应器（3000），随后重新加入获自第二燃烧室（3200）的烟气（440）以产生混合的烟气流（441），所述烟气流（441）的温度为450℃至1250℃，该温度水平使得能够在交换器（1009）中用所述再加热烟气生成蒸汽以满足用于蒸汽重整反应的蒸汽和用于蒸汽轮机（6000）以供应压缩机（5200）的蒸汽两者的需要。
4.如权利要求1中所要求保护的用于制造合成气的天然气蒸汽重整方法，其中蒸汽重整反应所需的热量由在1.5至4巴、和优选2至3巴的压力下运行的第一燃烧室（3100）中生成的燃烧烟气供应，所述烟气在950℃至1300℃的温度下引入所述蒸汽重整交换器-反应器（3000），所述烟气将它们的热量转给所述蒸汽重整交换器-反应器（3000）中的工艺流体，并在450℃至750℃的温度下离开该交换器-反应器，形成第一烟气流（410），
•将获自该交换器-反应器（3000）的所述第一烟气流（410）引入所述交换器（1007）以使进入的蒸汽流（630）过热，产生过热蒸汽流（631）和冷却烟气流（415），将所述冷却烟气流（415）供应至交换区（1009）以预热燃烧空气（301），由此产生再加热的压缩空气流（310）和冷却烟气流（416），所述冷却烟气（416）处于1至2巴的压力和130℃至300℃的温度，
•获自与第一燃烧室（3100）并联运行的第二燃烧室（3200）的第二烟气流（450）处于900℃至1500℃、优选950℃至1300℃的温度和1.5至4巴的压力，将所述第二烟气流（450）供应至热交换器（1008），与锅炉水流（730）接触以汽化其中的一部分（731），产生部分汽化的蒸汽的流（731）和部分冷却烟气（451），将所述冷却烟气流（451）引入交换器（1010）以产生再加热锅炉水流（511），该冷却的烟气流（452）处于1至2巴的压力和130℃至300℃的温度。
5.如权利要求1中所要求保护的天然气蒸汽重整方法，其中用于第一燃烧室（3100）的燃料主要由来自对获自蒸汽重整交换器-反应器的合成气进行PSA提纯的单元的吹扫气体构成。
6.如权利要求1中所要求保护的天然气蒸汽重整方法，其中在第一燃烧室（3100）中使用补充燃料，所述燃料是就地可得的轻质燃料气。
7.如权利要求1中所要求保护的天然气蒸汽重整方法，其中在第一和第二燃烧室中使用的补充燃料是相同的。
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