ГЕНЕРИРОВАНИЕ ВОДЯНОГО ПАРА В ПРОЦЕССАХ РЕФОРМИНГА С ВОДЯНЫМ ПАРОМ
GENERATION OF STEAM AT REFORMING WITH STEAM

Изобретение относится к способу генерирования водяного пара по меньшей мере двух типов, обладающих разной степенью чистоты, в процессах реформинга с водяным паром, в котором по меньшей мере две печи для реформинга с водяным паром (установки для реформинга с водяным паром) работают параллельно, причем водяной пар первого типа (чистый водяной пар) обладает более высокой чистотой, чем водяной пар второго типа (грязный водяной пар), а также к устройству для осуществления этого способа.
2
2
2
В процессах реформинга с водяным паром содержащие углеводороды исходные материалы, такие как природный газ, петролейный эфир и нафту, смешивают с водяным паром и проводят реакцию в установках для реформинга с водяным паром с получением синтез-газа, газообразной смеси, включающей моноксид углерода (СО) и водород (H). На последующих технологических стадиях из синтез-газа очисткой и разделением на фракции получают и в виде продукции выпускают такие вещества, как СО, Н и оксо-газ (так называют смесь H и СО). Для того чтобы реакцию используемых углеводородов провести с высокой степенью конверсии, реформинг с водяным паром в таких процессах обычно проводят с большим избытком водяного пара. Для того чтобы удалить избыток воды синтез-газ, генерируемый таким путем, охлаждают до температуры ниже точки росы водяного пара, в результате чего водяной пар конденсируется и образуется то, что называют технологическим конденсатом, который состоит преимущественно из воды и обычно содержит примеси, такие как метанол, аммиак, диоксид углерода, муравьиная кислота и уксусная кислота.
В соответствии с известными методами технологический конденсат смешивают с деминерализованной водой, которую обычно поставляют в процесс снаружи. В дальнейшем образующуюся таким образом смешанную воду дегазируют и испаряют в отличие от материальных потоков, которые в процессах реформинга с водяным паром должны быть охлаждены или могут быть охлаждены. После того как водяной пар перегревают, в отличие от приемлемых для охлаждения отходящих газов, часть водяного пара (технологического водяного пара) используют внутри процесса, тогда как остальное (избыточный водяной пар) используют не внутри процесса реформинга с водяным паром, а во внешнем процессе. Генерирование избыточного водяного пара дает возможность использовать тепло, которое в процессе реформинга с водяным паром утилизировать невозможно, и повысить экономическую эффективность процесса реформинга с водяным паром.
Часто требования, предъявляемые к качеству этого избыточного водяного пара потребителями, оказываются настолько высокими, что им не может удовлетворить избыточный водяной пар, генерируемый вышеописанным образом. Так, например, электрическая проводимость избыточного водяного пара, который предусмотрен для применения в конденсационной турбине, не должен превышать 0,2 мкСм/см, значение, которое, однако, часто превышается из-за примесей, содержащихся в технологическом конденсате. Для того чтобы в таких случаях избежать проблемы выработки избыточного водяного пара, существуют способы, осуществление которых обеспечивает очистку технологического конденсата перед его смешением с деминерализованной водой.
Известны способы очистки технологического конденсата, в которых нежелательные вещества отделяют отпаркой в отпарных колоннах. В качестве отгоночных газов в таком случае используют воздух или включающие углеводороды материальные потоки (например, природного газа).
При осуществлении других способов технологический конденсат увеличивают в объеме с последующей дегазацией в скрубберной колонне с использованием водяного пара низкого давления, воздуха или азота. В этом случае примеси совместно с очищающей средой выпускают в открытое пространство. Для того чтобы иметь возможность удовлетворить даже очень высоким требованиям к чистоте генерируемого водяного пара, в этих способах предусмотрена дополнительная стадия очистки ионообменом в соответствующих реакторах.
Для того чтобы при осуществлении известной технологии в процессе реформинга с водяным паром генерировать избыточный водяной пар высокой чистоты, необходимы широкое применение установок (отпарных колонн, ионообменников), а также, следовательно, капитальные затраты. Кроме того, в некоторых обстоятельствах количество избыточного водяного пара уменьшается, после чего энергия, требующаяся для очистки, больше не может быть утилизирована.
Если в процессе реформинга с водяным паром несколько установок для реформинга с водяным паром работают параллельно, все эти установки для реформинга с водяным паром по известной технологии часто оборудуют установками для генерирования водяного пара, в которых генерируют не только технологический водяной пар, но также избыточный водяной пар, вследствие чего экономическая эффективность реформинга с водяным паром, проводимого в такой установке, значительно снижается. Это особенно справедливо, когда необходимо генерировать избыточный водяной пар высокой чистоты, поскольку тогда для каждой из установок для реформинга с водяным паром необходимо нести вышеупомянутые высокие затраты на техническое обеспечение и эксплуатационные расходы.
Таким образом, целью настоящего изобретения являются разработка способа такого типа, как упомянутый вначале, а также создание устройства для осуществления этого способа, которое позволяет генерировать водяной пар высокой чистоты, но без недостатков известной технологии.
Этой цели добиваются путем разработки в соответствии с изобретением способа, при осуществлении которого установки для реформинга с водяным паром, работающие параллельно, объединяют с образованием групп из по меньшей мере двух установок для реформинга с водяным паром (групп), внутри которых все количество генерируемого чистого водяного пара генерируют в одной из установок для реформинга с водяным паром исключительно испарением дегазированной и деминерализованной воды (чистой воды), а все количество генерируемого грязного водяного пара генерируют в другой установке для реформинга с водяным паром или других установках для реформинга с водяным паром испарением дегазированной, содержащей примеси воды (грязной воды), причем эту грязную воду по меньшей мере частично получают из конденсата (технологического конденсата), получаемого внутри группы и состоящего преимущественно из воды.
Фракцию чистой воды, предназначенную для генерирования чистого водяного пара, а также сам чистый водяной пар не смешивают с другими материальными потоками в процессе реформинга с водяным паром, в частности ни с грязной водой, ни с грязным водяным паром. Таким образом, чистота чистого водяного пара определяется исключительно чистотой чистой воды. Чистую воду целесообразно получать из питьевой воды или из другой воды, обладающей в процессах обработки воды всего лишь низким содержанием примесей, о чем хорошо осведомлены специалисты в данной области техники.
Для того чтобы добиться высокой экономической эффективности процесса реформинга с водяным паром, предпринимают попытки направить весь чистый водяной пар, генерируемый в группе, в качестве того, что называют избыточным водяным паром, для применения вне процесса реформинга с водяным паром. Однако в качестве варианта рабочих условий внутри группы может оказаться необходимым использование части количества чистого водяного пара внутри группы. Таким образом, по одному из вариантов осуществления способа по изобретению предлагается подразделение чистого водяного пара, генерируемого внутри группы, на первый и второй потоки чистого водяного пара, причем первый поток чистого водяного пара (избыточного водяного пара) направляют на применение вне процесса реформинга с водяным паром, тогда как второй поток чистого водяного пара (рабочего водяного пара) полностью используют внутри группы.
При разработке способа в соответствии с изобретением было предложено использовать рабочий водяной пар в качестве технологического водяного пара в процессе реформинга с водяным паром, для которого его целесообразно смешивать с грязным водяным паром и подавать в по меньшей мере одну из установок для реформинга с водяным паром группы в качестве технологического водяного пара. В предпочтительном варианте рабочий водяной пар направляют в качестве технологического водяного пара исключительно в установку для реформинга с водяным паром, применяемую для генерирования чистого водяного пара.
Условием осуществления одного из вариантов способа по изобретению является то, что грязная вода состоит из технологического конденсата, получаемого внутри группы, или ее готовят из технологического конденсата, получаемого внутри группы, и чистой воды смешением. В предпочтительном варианте технологический конденсат и чистую воду смешивают, образующуюся жидкую смесь испаряют нагреванием, а образующийся таким образом поток водяного пара направляют далее, если приемлемо, то после перегрева, в качестве грязного водяного пара. Условием осуществления другого, предпочтительно варианта способа в соответствии с изобретением является то, что технологический конденсат и чистую воду превращают в паровую фазу раздельно. В последующем генерируемые таким образом потоки водяного пара объединяют и, если это приемлемо, после перегрева направляют дальше в качестве грязного потока.
Требования к чистоте избыточного водяного пара не всегда настолько высоки, что он должен быть, по-видимому, получен исключительно из чистого водяного пара. Часто оказывается также достаточной степень чистоты, которую проявляет грязный водяной пар, генерируемый внутри группы. Следовательно, условием осуществления целесообразного варианта способа в соответствии с изобретением является то, чтобы по меньшей мере часть грязного водяного пара, генерируемого в группе, рассматривать как избыточный и направлять для применения вне процесса реформинга с водяным паром.
Требования к давлению избыточного водяного пара часто не идентичны требованиям по давлению технологического водяного пара. Таким образом, еще один вариант способа в соответствии с изобретением связан с условием, чтобы грязный водяной пар, из которого генерируют технологический водяной пар, и чистый водяной пар, из которого генерируют избыточный водяной пар, генерировались под одинаковыми или разными давлениями внутри группы.
В соответствии с изобретением перегрев водяного пара (чистого водяного пара или грязного водяного пара), генерированного из потока водосодержащего материала (из чистой воды или грязной воды), и/или испарение потока водосодержащего материала чистой воды осуществляют непрямым теплообменом с материальными потоками, которые необходимо охлаждать и/или которые могут быть охлаждены в процессе реформинга с водяным паром. В этом случае понятие "материальные потоки, которые должны быть охлаждены" служит для обозначения тех материальных потоков, которые для того чтобы получить целевые продукты, должны быть охлаждены в этом процессе реформинга с водяным паром. Одним примером такого материального потока является поток синтез-газа, который из установки для реформинга с водяным паром выходит горячим и должен поступать в установку разделения на фракции холодным. Понятие "материальные потоки, которые могут быть охлаждены" служит для обозначения материальных потоков, которые могут быть охлаждены, например, по причинам улучшенной утилизации энергии, но отсутствие их охлаждения не оказывает влияния ни на количество, ни на качество продуктов, которые должны быть получены. Одним примером такого материального потока является отходящий газ, который из установки для реформинга с водяным паром выходит горячим.
Объектом изобретения далее является устройство для генерирования водяного пара по меньшей мере двух типов, обладающих разной степенью чистоты, в по меньшей мере двух печах для реформинга с водяным паром (в установках для реформинга с водяным паром), работающих параллельно, причем водяной пар первого типа (чистый водяной пар) обладает более высокой чистотой, чем водяной пар второго типа (грязный водяной пар).
В соответствии с изобретением обсуждаемой цели в смысле устройства достигают тем, что установки для реформинга с водяным паром, работающие параллельно, объединяют с образованием групп из по меньшей мере двух установок для реформинга с водяным паром (групп), внутри которых для генерирования всего количества чистого водяного пара дегазированную и деминерализованную воду (чистую воду) можно подавать в каждом случае только в одну установку для реформинга с водяным паром, а для генерирования всего количества грязного водяного пара дегазированную, содержащую примеси воду (грязную воду) можно подавать в другую установку для реформинга с водяным паром или другие установки для реформинга с водяным паром испарением, причем эту грязную воду по меньшей мере частично получают из конденсата (технологического конденсата), получаемого внутри группы и состоящего преимущественно из воды.
Предпочтительный вариант устройства в соответствии с изобретением связан с условием, что каждую из установок для реформинга с водяным паром группы оборудуют как раз одной установкой для генерирования водяного пара.
В целесообразном варианте установка для генерирования водяного пара включает теплообменники, посредством которых тепло может быть отобрано непрямым теплообменом у материальных потоков, которые должны быть охлаждены и/или которые могут быть охлаждены, и передано водяному пару (чистому водяному пару или грязному водяному пару), генерируемому из водосодержащего материального потока (чистой воды или грязной воды), и/или водосодержащему материальному потоку.
В дальнейшем изобретение более подробно описано со ссылкой на два примера, схематически проиллюстрированные на фиг.1 и 2, на которых две установки для реформинга с водяным паром размещены параллельно. Эти два примера, в которых идентичные части установки обозначены одинаковыми позициями, различаются только типом генерирования технологического водяного пара для процессов реформинга с водяным паром, проводимых в двух установках для реформинга с водяным паром.
В примере, представленном на фиг.1, дегазированную и деминерализованную воду (чистую воду) по линии 1 вводят в процесс реформинга с водяным паром. Часть потока чистой воды по линии 2 истекает в установку DR1 для реформинга с водяным паром, тогда как другую часть по линии 3 направляют в установку DR2 для реформинга с водяным паром. В установку (которая не показана) для генерирования водяного пара установки DR1 для реформинга с водяным паром в виде единственного исходного материала вводят поток 2 чистой воды, который превращают в ней в чистый водяной пар и по линии 4 отводят в установку DR1 для реформинга с водяным паром. Превалирующее количество чистого водяного пара 4, который удовлетворяет требованиям по чистоте для работы конденсационной турбины, по линии 5 отводят из процесса реформинга с водяным паром и направляют в качестве избыточного водяного пара для наружного применения. Образующийся остаток чистого водяного пара направляют по линии 6, смешивают с грязным водяным паром, отводимым из установки DR2 для реформинга с водяным паром по линии 7, и по линии 8 возвращают в установку DR1 для реформинга с водяным паром в качестве технологического водяного пара. Технологический конденсат, получаемый в установке DR1 для реформинга с водяным паром, по линии 9 направляют в установку DR2 для реформинга с водяным паром, используют в качестве исходного материала совместно с образующимся в ней технологическим конденсатом 10 и чистой водой, направляемой по линии 3 в установку (которая не показана) для генерирования водяного пара установки DR2 для реформинга с водяным паром, и превращают в грязный водяной пар. Этот грязный водяной пар по линии 11 отводят из установки DR2 для реформинга с водяным паром и подразделяют на производные потоки 7 и 12, из которых один производный поток 7 направляют в установку DR1 для реформинга с водяным паром, тогда как второй производный поток по линии 12 вводят в установку DR2 для реформинга с водяным паром в качестве технологического водяного пара.
В примере, представленном на фиг.2, часть 4 чистого водяного пара, который генерируют в установке DR1 для реформинга с водяным паром, отводят по линии 6 и в линии 13 смешивают со всем грязным водяным паром, отводимым по линии 11 из установки DR2 для реформинга с водяным паром. В дальнейшем образующуюся таким образом смесь подразделяют и в качестве технологического водяного пара по линиям 14 и 15 направляют в установки DR1 и DR2 для реформинга с водяным паром.