烃类制氢冷凝液回收的方法及设备的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种烃类制氢冷凝液回收的方法，通过对来自烃类制氢系统的冷凝液进行汽提，将冷凝水和溶解于其中的气体分离，分别加以回收利用。本发明节约了资源，减少了废水排放，避免了环境污染且设计合理，设备简单，可操作性强，便于工艺推广运用。
【专利说明】烃类制氢冷凝液回收的方法及设备
【技术领域】
[0001]本发明属于化工领域，具体涉及烃类制氢工艺中冷凝液的回收方法。
【背景技术】
[0002]烃类转化制氢工艺中由于反应需要以及防止析碳，需要补入过量蒸汽，多余的蒸汽在随后换热系统中冷却后为冷凝液。目前国内的烃类制氢流程主要包括有变换的和无变换的两种，其基本装置如图4所示，主要包括转化炉F1、蒸汽发生器El (即锅炉)、变换反应器Rl (无变换的烃类制氢工艺中不含)、锅炉水加热器E2和冷凝器E4，所述装置依次通过管路首尾相连。其主要工艺流程为:原料气(包括来自锅炉的过量蒸汽)由转化炉Fl入口进入转化炉进行反应；反应完的高温混合气体在蒸汽发生器El中与其中的水进行换热使水蒸发形成蒸汽，所得蒸汽与原料气混合送人转化炉Fl ;混合气体经换热降温后的进入变换反应器Rl进行变换反应(无变换的烃类制氢工艺中不含此步骤，混合气体从蒸汽发生器El直接进入锅炉水加热器E2);然后混合气体进入锅炉水加热器E2，与进入锅炉之前的锅炉水进行换热，混合气体进一步降温；最后混合气体进入冷凝器E4进行冷凝，所得气体进入变压吸附系统(PSA)，所得的冷凝液降温后排放，没有对其进行充分利用，整个工艺的连续运行需要不断补充大量的锅炉用水，造成了资源和能源的浪费。
[0003]
【发明内容】
本发明针对上述问题提出了一种烃类制氢冷凝液的回收方法，对传统烃类制氢工艺中的冷凝水加以回收利用减少资源浪费。
[0004]本发明是通过以下技术方案来实现的:
一种烃类制氢冷凝液回收的方法，对来自烃类制氢系统的冷凝液进行汽提，将冷凝水和溶解于其中的气体分离，分别加以回收利用。
[0005]为充分利用所述烃类制氢系统中冷凝前的转化气中残余的热能，可以使所述冷凝液在进入汽提塔之前先与烃类制氢系统中冷凝前的转化气进行热交换，使所述冷凝前的转化气温度进一步降低，而所述冷凝液温度有所升高。
[0006]所述回收工艺中冷凝水经汽提后所得的冷凝水具有较高的温度，为充分利用其中的热能，可以使所述冷凝液在进入汽提塔之前先与来自汽提塔的经汽提后的冷凝水进行热交换，使所述冷凝水温度降低，而所述冷凝液温度有所升高。
[0007]为了更直接地回收利用所述冷凝液，可以将所述冷凝液经汽提后所得的溶解气体与原料气混合送人烃类制氢系统的转化炉，所得冷凝水送入锅炉或锅炉系统的除氧器。
[0008]为了充分回收利用所述冷凝液，降低制氢装置的水消耗，同时对制氢装置的综合热量平衡进行优化，还可以先将来自烃类制氢系统的冷凝液与烃类制氢系统中冷凝前的转化气进行热交换，然后通过泵将冷凝液加压(所述加压步骤也可以设置在冷凝液与转化气进行热交换之前，还可以设置在冷凝液与汽提所得的冷凝水进一步换热后)，通过热交换器与汽提塔出来的冷凝水进一步换热后送入汽提塔进行汽提，将溶解在所述冷凝液中的气体汽提出来，返回转化炉，汽提后冷凝水换热后加压送入锅炉或直接送入锅炉系统的除氧器。所述汽提塔的热源可由制氢系统中的管网蒸汽提供。所述工艺通过两次热交换充分利用了转化气和冷凝水中的残余热量，更加节约能源，将汽提所得的气体和冷凝水送人制氢系统回收利用，减少了水和原料气的消耗，节约了资源。所述汽提前的加压可以使冷凝液更顺利地进入汽提塔，在送入锅炉前的加压可以充分利用来自汽提塔的冷凝水原有的压力，只需略微加压即可满足锅炉要求，从而节约能源。
[0009]本发明还提供了一种烃类制氢冷凝液回收设备，在现有的烃类制氢系统中加设汽提塔Tl，所述汽提塔Tl上端设置有冷凝液入口 1，下端设置有管网蒸汽入口 2，顶部设置有气体出口 3，底部设置有冷凝水出口 4，所述冷凝液入口与烃类制氢系统中冷凝器上的冷凝液出口通过回收管路5相连，所述回收管路5中设置有加压泵P1，使冷凝液进入汽提塔。
[0010]为充分利用所述烃类制氢系统中冷凝前的转化气中残余的热能，可以在所述回收管路5中设置转化气换热器E3，使冷凝液返回到烃类制氢系统中与冷凝前的转化气进行换热。
[0011]为充分利用汽提后所得的冷凝水中的热能，可以在所述回收管路(5)中设置冷凝水换热器E5，所述汽提塔的冷凝水出口 4与冷凝水换热器E5相通。
[0012]为了更直接地回收利用所述冷凝液，可以将所述汽提塔的气体出口 3与所述烃类制氢系统中的转化炉Fl相连通，所述汽提塔的冷凝水出口与锅炉或除氧器相连通。
[0013]为了充分回收利用所述冷凝液，降低制氢装置的水消耗，同时对制氢装置的综合热量平衡进行优化，可以在所述回收管路5中设置转化气换热器E3，使冷凝液返回到烃类制氢系统中与冷凝前的转化气进行换热，在所述回收管路5中靠近汽提塔端设置冷凝水换热器E5，所述汽提塔的冷凝水出口与冷凝水换热器E5相通，使得之前经转化气换热器换热后的冷凝液在冷凝水换热器E5进一步与来自汽提塔的冷凝水换热，所述汽提塔的气体出口与所述烃类制氢系统中的转化炉相连通，所述冷凝水换热器E5经加压泵P2与锅炉相连通或直接与除氧器相连通。加压泵Pl可以设置在所述回收管路5中任何位置。所述转化气换热器E3中还可设置与回收管路5连通的液体收集装置，收集转化气遇冷后产生的少量冷凝液并送入回收管路5。
[0014]本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
[0015]本发明的有益效果:
1、本发明通过对烃类制氢系统中的冷凝液加以回收利用，节约了资源，减少了废水排放，避免了环境污染。
[0016]2、本发明设计合理，设备简单，可操作性强，便于工艺推广运用。
[0017]3、本发明优选方式中通过合理设置换热器，优化了系统的综合热量平衡，减少了热量损失，节约了能源。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1是本发明实施例6中所述的有变换的烃类制氢冷凝液回收流程的示意图。
[0019]图2是本发明实施例6中所述的有变换的烃类制氢冷凝液回收设备的示意图。
[0020]图3是本发明实施例7中所述的有变换的烃类制氢冷凝液回收设备的示意图。
[0021]图4是【背景技术】中所述现有烃类制氢设备的示意图。[0022]附图标记:其中，Tl是汽提塔，Fl是转化炉，Rl是变换反应器，Pl和P2是加压泵，E1-E5均为换热器，其中El为蒸汽发生器(锅炉)，E2为锅炉水加热器，E3为转化气换热器，E4为冷凝器，E5为冷凝水换热器，I为冷凝液入口，2为管网蒸汽入口，3为气体出口，4为冷凝水出口。
【具体实施方式】
[0023]下面结合实施例对本发明作进一步说明，应该理解的是，这些实施例仅用于例证的目的，决不限制本发明的保护范围。
[0024]实施例1
一种烃类制氢冷凝液回收设备，在现有的烃类制氢系统中加设汽提塔Tl，所述汽提塔Tl上端设置有冷凝液入口 1，下端设置有管网蒸汽入口 2，顶部设置有气体出口 3，底部设置有冷凝水出口 4，所述冷凝液入口与烃类制氢系统中冷凝器上的冷凝液出口通过回收管路5相连，所述回收管路5中设置有加压泵P1，使冷凝液进入汽提塔。
[0025]采用上述设备对烃类制氢系统中产生的冷凝液进行回收利用，通过回收管路5，使来自烃类制氢系统的冷凝液由冷凝液入口 I进入汽提塔Tl，从管网蒸汽入口 2送人高温蒸汽对冷凝液进行汽提，将冷凝水和溶解于其中的气体分离，气体由气体出口 3排出，冷凝水由冷凝水出口 4排出，分别加以回收利用。
[0026]实施例2
在实施例1所述的烃类制氢冷凝液回收设备中的回收管路5中设置转化气换热器E3，使冷凝液返回到烃类制氢系统中与冷凝前的转化气进行换热。
[0027]采用上述设备，在所述冷凝液进入汽提塔之前先与烃类制氢系统中冷凝前的转化气进行热交换，充分利用所述烃类制氢系统中冷凝前的转化气中残余的热能使冷凝液温度提闻。
[0028]实施例3
在实施例1所述的烃类制氢冷凝液回收设备中的回收管路5中设置冷凝水换热器E5，所述汽提塔的冷凝水出口 4与冷凝水换热器E5相通。从汽提塔的冷凝水出口 4从来的冷凝水在冷凝水换热器E5中与冷凝液换热后再回收利用。
[0029]采用上述设备，使所述冷凝液在进入汽提塔之前先与来自汽提塔的经汽提后的冷凝水进行热交换，使所述冷凝水温度降低，而所述冷凝液温度有所升高，再进入汽提塔。
[0030]实施例4
在实施例1所述的烃类制氢冷凝液回收设备中，使所述汽提塔的气体出口 3与所述烃类制氢系统中的转化炉Fl相连通，所述汽提塔的冷凝水出口与锅炉或除氧器相连通。
[0031]采用上述设备，对冷凝液进行汽提后将所得的气体送入转化炉Fl再利用，将所得冷凝水送人烃类制氢设备的锅炉系统(直接送入锅炉或送入锅炉系统的除氧器中)加以利用，以减少原料气和锅炉水的用量。
[0032]实施例5
在实施例1所述的烃类制氢冷凝液回收设备中，所述回收管路5中设置转化气换热器E3，使冷凝液返回到烃类制氢系统中与冷凝前的转化气进行换热，在所述回收管路5中靠近汽提塔端设置冷凝水换热器E5，所述汽提塔的冷凝水出口与冷凝水换热器E5相通，使得之前经转化气换热器换热后的冷凝液在冷凝水换热器E5进一步与来自汽提塔的冷凝水换热，所述汽提塔的气体出口与所述烃类制氢系统中的转化炉相连通，所述冷凝水换热器E5经加压泵P2与锅炉相连通或直接与除氧器相连通。所述加压泵Pl可以设置在所述转化气换热器E3之前，也可设置在冷凝水换热器E5之后，还可以设置在转化气换热器E3和冷凝水换热器E5之间。
[0033]所述转化气换热器E3中还可设置与回收管路5连通的液体收集装置，收集转化气遇冷后产生的少量冷凝液并送入回收管路5。
[0034]实施例6
原烃类制氢装置原料气(以天然气为例)流量?10000Nm3/h，产品氢气压力?2.4MPa(G)，流量?30000Nm3/h，温度为40°C，水碳比3.0。
[0035]采用如图2所示的装置，包括转化炉F1、蒸汽发生器El(即锅炉)、变换反应器R1、锅炉水加热器E2、转化气换热器E3、冷凝器E4、冷凝水换热器E5、加压泵Pl和汽提塔Tl，所述转化炉Fl通过管路与蒸汽发生器(锅炉)E1相连，然后通往变换反应器Rl，然后通往锅炉水加热器E2，然后通往转化气换热器E3，然后通往冷凝器E4，冷凝器E4中的转化气出口通往变压吸附系统(PSA)，冷凝器E4中的冷凝液出口通过回收管路5与汽提塔Tl中的冷凝液入口 I连通，所述回收管路5先通往转化气换热器E3，然后通往冷凝水换热器E5，再通往冷凝液入口 I，所述汽提塔Tl中的管网蒸汽入口 2与锅炉系统连通，接收来自锅炉系统的部分蒸汽，汽提塔Tl中的气体出口 3与转化炉Fl连通，冷凝水出口 4与冷凝水换热器E5连通，然后再通往锅炉或锅炉系统的除氧器，当通往锅炉时，冷凝水换热器E5与锅炉之间加设加压泵P2。所述转化气换热器E3中还可设置与回收管路5连通的液体收集装置，收集转化气在锅炉水加热器E2和转化气换热器E3中遇冷后产生的部分冷凝液并送入回收管路5。
[0036]整个工艺流程为原料气与汽提后所得的气体二者混合后(同时加入来自锅炉系统的过量蒸汽)进入转化炉Fl进行反应，出口温度为?830°C，然后进入蒸汽发生器(锅炉)El, El出口气体温度为?340°C，进入变换反应器Rl进行变换反应，出口温度为?400°C，然后进入锅炉水加热器E2，换热后变换气温度为?170°C，再经过转化气换热器E3冷却到温度?140°C，最后经过冷凝器E4冷却到温度?40°C，气态的变换气最后去变压吸附系统(PSA)的提氢装置。从冷凝器出来的液态冷凝液与经过锅炉水加热器E2和转化气换热器E3冷却后收集到的部分冷凝液温度?70°C，流量?17000kg/h混合后，经过转化气换热器E3加热到?120°C送到加压泵Pl加压，加压后的冷凝液送往冷凝水换热器E5进一步加热到?180°C后送往汽提塔进行汽提，将冷凝液中的H2，CO, CH4进行回收(送入转化炉Fl)，汽提后所得的冷凝水经过换热器E5降温后去锅炉或者除氧器，所述冷凝水送入锅炉前采用加压泵P2略微加压。锅炉系统中的锅炉水先经锅炉水加热器E2加入，然后在蒸汽发生器(锅炉)El中受热形成蒸汽，最后送入转化炉Fl和汽提塔Tl。
[0037]该实施例中采用冷凝液回收，与无冷凝液回收制氢装置相比，每年减少碳(折算成二氧化碳)排放?0.44万吨；每年回收氢气?0.2万吨。
[0038]实施例7
原烃类制氢装置原料气(以天然气为例)流量?10000Nm3/h，产品氢气压力?2.4MPa(G)，流量?30000Nm3/h，温度为40°C，水碳比3.0。
[0039]采用如图3所示的装置，包括转化炉F1、蒸汽发生器El (即锅炉)、锅炉水加热器E2、转化气换热器E3、冷凝器E4、冷凝水换热器E5、加压泵Pl和汽提塔Tl，所述转化炉Fl通过管路与蒸汽发生器(锅炉)El相连，然后通往锅炉水加热器E2，然后通往转化气换热器E3，然后通往冷凝器E4，冷凝器E4中的转化气出口通往变压吸附系统(PSA)，冷凝器E4中的冷凝液出口通过回收管路5与汽提塔Tl中的冷凝液入口 I连通，所述回收管路5先通往转化气换热器E3，然后通往冷凝水换热器E5，再通往冷凝液入口 1，所述汽提塔Tl中的管网蒸汽入口 2与锅炉系统连通，接收来自锅炉系统的部分蒸汽，汽提塔Tl中的气体出口 3与转化炉Fl连通，冷凝水出口 4与冷凝水换热器E5连通，然后再通往锅炉或锅炉系统的除氧器，当通往锅炉时，冷凝水换热器E5与锅炉之间加设加压泵P2。所述转化气换热器E3中还可设置与回收管路5连通的液体收集装置，收集转化气在锅炉水加热器E2和转化气换热器E3中遇冷后产生的部分冷凝液并送入回收管路5。
[0040]整个工艺流程为原料气与汽提后的蒸汽二者混合(同时加入来自锅炉系统的过量蒸汽)后进入转化炉Fl进行反应，出口温度为?830°C，然后进入蒸汽发生器(锅炉)E1，E1出口气体温度为?260°C，然后进入锅炉水加热器E2，换热后转化气温度为?170°C，再经过转化气换热器E3冷却到温度?140°C，最后经过冷凝器E4冷却到温度?40°C，气态的转化气最后去变压吸附系统(PSA)的提氢装置。从冷凝器出来的液态冷凝液与经过锅炉水加热器E2和转化气换热器E3冷却后收集到的部分冷凝液温度?70°C，流量?17000kg/h混合后，经过转化气换热器E3加热到?120°C送到加压泵Pl加压，加压后的冷凝液送往冷凝水换热器E5进一步加热到?180°C后送往汽提塔进行汽提，将冷凝液中的H2, CO, CH4进行回收(送入转化炉Fl )，汽提后所得的冷凝水经过换热器E5降温后去锅炉或者除氧器(除氧器中的锅炉水经锅炉水加热器E2加热后再进入蒸汽发生器)，所述冷凝水送入锅炉(即蒸汽发生器El)前采用加压泵P2略微加压。锅炉系统中的锅炉水先经锅炉水加热器E2加热，然后在蒸汽发生器(锅炉)El中受热形成蒸汽，最后送入转化炉Fl和汽提塔Tl。
[0041]该实施例中采用冷凝液回收，与无冷凝液回收制氢装置相比，每年减少碳(折算成二氧化碳)排放?1.48万吨；每年回收氢气?0.36万吨。
[0042]以上所述仅为本发明的优选实施例，对本发明而言仅是说明性的，而非限制性的；本领域普通技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效变更，但都将落入本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种烃类制氢冷凝液回收的方法，其特征在于:对来自烃类制氢系统的冷凝液进行汽提，将冷凝水和溶解于其中的气体分离，分别加以回收利用。
2.根据权利要求1所述的烃类制氢冷凝液回收的方法，其特征在于，所述冷凝液在进入汽提塔之前先与烃类制氢系统中冷凝前的转化气进行热交换。
3.根据权利要求1所述的烃类制氢冷凝液回收的方法，其特征在于，所述冷凝液在进入汽提塔之前先与来自汽提塔的经汽提后的冷凝水进行热交换。
4.根据权利要求1所述的烃类制氢冷凝液回收的方法，其特征在于，冷凝液经汽提后所得的溶解气体进入烃类制氢系统的转化炉，所得冷凝水送入锅炉或锅炉系统的除氧器。
5.根据权利要求1所述的烃类制氢冷凝液回收的方法，其特征在于，先将来自烃类制氢系统的冷凝液与烃类制氢系统中冷凝前的转化气进行热交换，然后通过泵将冷凝液加压，通过热交换器与汽提塔出来的冷凝水进一步换热后送入汽提塔进行汽提，将溶解在所述冷凝液中的气体汽提出来，返回转化炉，汽提后所得的冷凝水与汽提前的冷凝液换热后加压送入锅炉或直接送入锅炉系统的除氧器。
6.一种烃类制氢冷凝液回收设备，其特征在于，在现有的烃类制氢系统中加设汽提塔(Tl)，所述汽提塔(Tl)上端设置有冷凝液入口(1)，下端设置有管网蒸汽入口(2)，顶部设置有气体出口(3)，底部设置有冷凝水出口(4)，所述冷凝液入口与烃类制氢系统中冷凝器上的冷凝液出口通过回收管路(5)相连，所述回收管路(5)中设置有加压泵(P1)，使冷凝液进入汽提塔。
7.根据权利要求6所述的烃类制氢冷凝液回收设备，其特征在于，所述回收管路(5)中设置有转化气换热器(E3)，使冷凝液与烃类制氢系统中冷凝前的转化气进行换热。
8.根据权利要求6所述的烃类制氢冷凝液回收设备，其特征在于，所述回收管路(5)中设置有冷凝水换热器(E5)，所述汽提塔的冷凝水出口(4)与冷凝水换热器(E5)相通。
9.根据权利要求6所述的烃类制氢冷凝液回收设备，其特征在于，所述汽提塔的气体出口(3)与所述烃类制氢系统中的转化炉(Fl)相连通，所述汽提塔的冷凝水出口与锅炉或除氧器相连通。
10.根据权利要求6所述的烃类制氢冷凝液回收设备，其特征在于，所述回收管路(5)中设置有转化气换热器(E3)，使冷凝液与烃类制氢系统中冷凝前的转化气进行换热，所述回收管路(5)中靠近汽提塔端设置有冷凝水换热器(E5)，所述汽提塔的冷凝水出口与冷凝水换热器(E5)相通，使得之前经转化气换热器换热后的冷凝液在冷凝水换热器(E5)进一步与来自汽提塔的冷凝水换热，所述汽提塔的气体出口与所述烃类制氢系统中的转化炉相连通，所述冷凝水换热器(E5)经加压泵(P2)与锅炉相连通或直接与除氧器相连通。
【文档编号】B01D3/38GK103432766SQ201310380788
【公开日】2013年12月11日 申请日期:2013年8月28日 优先权日:2013年8月28日
【发明者】蹇守华, 黄维柱, 李林 申请人:四川天一科技股份有限公司