本发明涉及一种用于生产氢气的设备和方法，以及一种改造现有氢气生产设备的方法。该设备和方法利用初级重整单元，如蒸汽甲烷重整单元(smr)，该单元包括燃烧段，该燃烧段具有布置在其中的催化剂填充管和用于向蒸汽甲烷重整提供热量的燃烧器，从而产生烟道气和合成气。初级重整单元还包括用于通过第一组换热器冷却烟道气的对流段。通过将合成气导入诸如变压吸附单元(psa单元)的氢气纯化单元以生成富氢气体和废气，从而将合成气转化为氢气。作为富氢气体的一部分的第一燃料气或作为第一燃料气和废气的混合物的第二燃料气用作初级重整单元的燃烧器的燃料。燃料气不含硫，从而能够将来自一次重整的烟道气冷却到较低的温度，而不会有硫酸冷凝和由此产生的腐蚀问题的风险，从而还能够取出更多的热负荷，这些热负荷可用于预热设备或方法中的物流。还显著减少或消除了燃烧器使用的输入燃料如天然气，从而提高了设备的能源效率。本发明还涉及一种改造氢气生产设备的方法。
背景技术：
1、在用于生产氢气的常规设备中，烃原料气(通常为天然气)被脱硫并通过预重整和随后的蒸汽甲烷重整转化为合成气，即含有碳氧化物(co、co2)和氢气的气体。然后根据放热反应通过水煤气变换使所得合成气富含氢气，然后在co2去除段如胺洗涤单元中进行二氧化碳去除步骤，并且合成气最终在氢气纯化单元如变压吸附单元(psa单元)中纯化成富氢气流。psa单元还产生含有甲烷、氢气以及碳氧化物的psa废气流。在常规蒸汽甲烷重整单元(smr，也称为管式重整器)中，在smr的燃烧段中提供的多个催化剂填充管中在700-1000℃下根据吸热反应进行蒸汽甲烷重整，其中所需的热量由布置在其中的若干燃烧器提供。燃烧器的燃料通常通过输入天然气来提供。燃烧产生的烟道气是在高温下产生的，例如在约1000℃下，通常用于预热烃进料，例如天然气或预重整天然气，以及预热燃烧器中使用的燃烧空气。
2、此外，通常，递送热量后的烟道气需要处于足够高的温度，以避免达到硫酸的露点，硫酸的露点为138℃或更高，这取决于烟道气中的硫含量，更具体地为三氧化硫含量。如果温度降低到该水平以下，则硫酸冷凝使得与该气体接触的任何设备都将遭受非常不希望的腐蚀问题。
3、ep 2103569 a2公开了一种通过蒸汽烃重整产生氢气和/或合成气以及使用来自蒸汽烃重整方法的废热产生蒸汽的方法，其中该方法很少产生或不产生蒸汽输出。其中图1公开了来自变压吸附(psa)的残余气体，即psa废气，其与烃原料和氢气结合，被供应到任选的脱硫单元，然后供应到任选的预重整器，然后被引入到蒸汽甲烷重整器。该引文专门讨论了消除蒸汽输出的问题，并没有提及当想要从初级重整单元(如用于生产氢气的设备或方法中的smr)的烟道气中取出负荷时，如何缓解硫酸冷凝的问题。此外，在该引文中，将诸如天然气的补充燃料添加到重整器中，并且在重整器中不使用来自psa的氢气作为燃料。
4、ep 3573925 a1(wo18140686 a1)公开了一种用于缓解上述硫酸在与烟道气接触的任何设备中冷凝的问题的系统和方法。该系统包括用于从天然气中去除硫的脱硫单元，该天然气的一部分然后用作燃料气，用于将脱硫的天然气(工艺气体流)的另一部分中的重质烃类转化为甲烷的预重整器，用于生产合成气和烟道气的蒸汽甲烷重整器，用于生产产物氢气流和psa废气流的psa单元，以及用于将烟道气相对于燃烧空气和psa废气冷却到低于硫酸露点的温度的空气预热器。需要输入天然气作为燃料，也需要去除其硫含量的步骤，从而在设备的天然气消耗和能源效率方面带来损失，以及需要更大的脱硫单元如硫吸收器和配套的硫吸附材料，从而导致更高的资本和运营费用。
技术实现思路
1、本发明的一个目的是提供一种替代的和更优方式，即提供更高的能源效率和更少的资本和运营费用，以在想要从用于生产氢气的设备或方法中的初级重整单元(如smr)的烟道气中取出负荷时，减轻硫酸冷凝的问题。
2、本发明的另一个目的是提供一种用于生产氢气的设备或方法，其能够捕获设备中产生的约90％的二氧化碳，同时提供高度的设备或过程集成。
3、本发明的另一个目的是提供一种改造用于生产氢气的现有设备的简单方法，该方法使用用于产生合成气的初级重整单元，从而显著提高了设备的能源效率。
4、本发明解决了这些目的和其他目的。
5、因此，在第一方面中，本发明提供了一种用于生产氢气的设备，包括：
6、-初级重整单元，其被布置成接收烃进料如天然气，并且包括：
7、燃烧段，其包括适于蒸汽甲烷重整的催化剂和一个或多个用于为所述蒸汽甲烷重整提供热量的燃烧器，从而产生第一合成气体流和烟道气流，以及
8、包括第一组换热器的对流段，用于由此产生冷却的烟道气流；
9、-下游氢气纯化单元，其被布置成接收所述第一合成气流的至少一部分，从而产生富氢气流和废气流，所述下游氢气纯化单元设置有用于取出所述富氢气流的出口和用于取出所述废气流的出口；分流点，如分流器，其被布置成将所述富氢气流的一部分分出为第一燃料气流；混合点，如接合点或混合单元，其被布置成接收所述废气流的至少一部分并将所述废气流的至少一部分与所述第一燃料气流结合，以及提供由将所述废气流与所述第一燃料气流结合所产生的第二燃料气流；
10、其中所述一个或多个燃烧器被布置成接收预热的燃烧空气流和预热的第一燃料气流或预热的第二燃料气流；
11、在一个实施方式中，设备被布置成仅接收所述第一燃料气流或第二燃料气流作为所述一个或多个燃烧器的燃料。因此，该设备不存在用于向所述一个或多个燃烧器提供单独的燃料气流(如天然气流或脱硫的天然气流)的设备，例如导管。因此，现在可以停止或显著减少燃烧器的输入燃料(天然气)的使用，而是使用设备中生产的氢气作为补充燃料，合适地与来自氢气纯化单元的废气一起使用。新的燃料气，例如结合废气和氢气的第二燃料气流(富氢气流)，不含任何硫，因此现在可以将初级重整单元中的烟道气冷却到较低的温度，而不会有硫酸冷凝的风险。此外，通过减少或消除用于燃烧器的输入燃料(如天然气)的使用，实现了设备和方法的能源效率提高。该设备没有用于向所述一个或多个燃烧器提供单独的燃料气流(如天然气流或脱硫的天然气流)的设备如导管，这进一步实现了较少的管道要求和相关成本：不需要增加提供额外天然气的成本(其由此导致更高的能源消耗)。此外，初级重整上游的脱硫单元可以做得更小，因为供给该单元的天然气只是用作初级重整单元中的工艺气体的天然气，而不是更大的天然气流，该天然气流也设想将其用作燃烧器的燃料气。
12、就本技术的目的而言，术语“包括(comprising)”还包括“仅包括(comprisingonly)”，即“由...组成(consisting of)”组成。
13、术语“本发明的第一方面”或简称“第一方面”涉及本发明的方法；术语“本发明的第二方面”是指用于进行该方法的设备，并且术语“本发明的第三方面”是指改造用于生产氢气的设备的方法，即改造现有氢气设备的方法。
14、术语“本发明”或简称“发明”可以与术语“本技术”或简称为“申请”互换使用。
15、术语“合适地”可以与术语“任选地”(即任选的实施方式)互换使用。
16、术语“适用于蒸汽甲烷重整的催化剂”是指“蒸汽重整催化剂”。
17、术语“接合点(juncture)”和“连接点(junction)”可以互换使用。
18、结合本发明的一个或多个实施方式提供了其他定义。
19、在根据本发明第一方面的实施方式中，所述初级重整单元是燃烧的蒸汽甲烷重整器(smr)，所述燃烧段被布置成容纳多个适于蒸汽甲烷重整的催化剂填充管，从而产生所述第一合成气流和所述烟道气流；所述对流段被布置在所述燃烧段的下游，并且被布置成接收所述烟道气流并且容纳所述第一组换热器，合适地多个串联布置的换热器如串联布置的加热盘管，从而产生所述冷却的烟道气流；所述初级重整单元设置有用于取出所述第一合成气流的出口和用于取出所述冷却的烟道气流的出口。
20、可以理解，术语“布置在所述燃烧段下游的对流段”是相对于在smr的燃烧段中产生的烟道气的流动方向。
21、在根据本发明第一方面的实施方式中，第一组换热器包括：
22、-换热器，其被布置成接收用于产生所述预热的燃烧空气的燃烧空气；
23、-换热器，其被布置成接收所述第一燃料气流或第二燃料气流的至少一部分以产生所述预热的第一燃料气流或所述预热的第二燃料气流。
24、合适地，换热器设置为布置在对流段中的盘管，燃烧空气或燃料气流(即第一燃料气流或第二燃料气流)通过该盘管。由结合第一燃料气流或第二燃料气流产生的额外负荷(热负荷)使得能够将送至例如初级重整单元的这些或任何其他进料流预热。
25、合适地，第一组换热器还包括额外的换热器，例如用于产生对抗烟道气的蒸汽的锅炉。
26、合适地，所述预热的燃烧空气在所述第一组换热器的换热器中产生，如在布置在其最下游的换热器上游的换热器中产生。
27、在根据本发明第一方面的一个实施方式中，设备进一步包括：
28、-变换段，其被布置成接收所述第一合成气流的至少一部分，从而产生第二合成气流；
29、-co2去除段，该co2去除段合适地是其中溶剂溶液需要通过加热再生的化学品吸收单元，合适地为溶剂洗涤单元，如胺洗涤单元，该溶剂洗涤单元被布置成接收所述第二合成气流并且在添加溶剂溶液(合适地为胺溶液)时包括co2吸收器，以及用于再生溶剂溶液如胺溶液的co2汽提塔，从而产生第三合成气流和第一富co2流；
30、-所述氢气纯化单元被布置成接收所述第一、第二或第三合成气流的至少一部分，从而产生所述富氢气流和所述废气流。
31、因此，可以在进入氢气纯化单元的变换的，即第三合成气流之前，使合成气富含氢气并去除其二氧化碳含量。富含co2的流然后可以例如被安全地存储，从而减少设备和方法的碳足迹。
32、在根据本发明第一方面的实施方式中，
33、所述对流段包括第二组换热器，其中所述第二组换热器被布置成：
34、i)接收所述第一燃料气流或第二燃料气流的一部分，从而产生进一步冷却的烟道气流，和预热的第一燃料气流或预热的第二燃料气流；或
35、ii)从所述溶剂洗涤单元(例如所述胺洗涤单元)接收溶剂溶液(例如胺溶液)，从而产生进一步冷却的烟道气流和预热的溶剂溶液(例如预热的胺溶液)；或
36、iii)接收在所述设备中用于生产氢气的沸腾给水(bfw)和/或脱矿质水(dmw)，从而产生进一步冷却的烟道气流以及蒸汽和/或预热的dmw；或
37、iv)接收烃进料，从而产生进一步冷却的烟道气流以及预热的烃进料。
38、提供包含新的燃料气流(例如结合废气和氢气的第二燃料气，即来自氢气纯化单元的富氢气流)的设备，使得可以在初级重整单元的对流段中添加额外的换热器，合适地为预热盘管，以取出更多的负荷，从而提高设备的效率。该负荷可尤其用于预热燃料气流，预热溶剂溶液，例如来自胺洗涤单元的胺溶液，预热dmw/bfw，或预热烃进料流。
39、应当理解，术语“dmw/bfw”是指脱矿质水和/或沸腾给水。
40、还应当理解，为了本技术的目的，术语“和/或”是指其中一种选择或这些选择的组合。例如，dmw和/或bfw是指dmw或bfw或其组合。
41、该负荷也可用于co2去除段的co2再沸器中，所述co2去除段布置在初级重整单元的所述对流段的下游作为烟道气-co2去除段。然后可以安全地存储由此从烟道气捕获的co2。该去除段也称为“后碳捕获去除单元”。
42、当co2去除段被布置用于捕获工艺气体，更具体地为初级重整单元下游的合成气中的co2时，或者当被布置用于从所述初级重整单元(后碳捕获去除单元)的烟道气中捕获co2时，co2去除段的co2汽提塔通常设置有再沸器和进料/流出物换热器，用于预热溶剂溶液(例如胺溶液)。本发明提供的额外负荷可以通过在所述进料/流出物换热器的下游布置预热器盘管(例如胺预热器盘管)或作为co2汽提塔中的额外再沸器来进一步利用。因此，本发明尤其使得能够在设备的co2去除段中预热例如胺溶液，以及提供用于驱动例如后碳捕获去除单元的负荷。这进一步使得能够减少能量浪费，因此带来设备能量效率的提高。
43、在一个特定的实施方式中，所述第二组换热器包括一个或多个换热器，合适地为布置在所述第一组换热器下游的一个换热器。换热器合适地设置为盘管，第一组换热器的情况也是如此。
44、因此，第二换热器组合适地设置在初级重整单元的对流段(也称为烟道气段)中，以取出更多的负荷，从而在停止使用天然气作为外部燃料源的同时，实现设备和方法的更高能源效率。有利地利用了冷却烟道气的低温，例如在110-120℃。
45、例如，结合i)第一燃料气流或第二燃料气流的一部分，而不是将其全部在第一组换热器的一个换热器中预热，被合适地供给到第二组换热器的一个换热器。来自后者的预热的燃料气流，其合适地布置在第一组换热器的下游，在将其作为预热的燃料气流供给燃烧器之前，也被输送到第一组换热器。
46、结合ii)，在例如胺洗涤单元中，如本领域中众所周知的，co2汽提塔(也称为解吸塔)在底部包括所谓的co2再沸器，其中将来源于co2汽提塔的塔底物并且包含胺的流加热，从而从胺中去除co2。通常，将胺溶液(贫胺溶液)作为co2汽提塔的塔底产物取出。然后，塔底产物将胺预热器(进料/流出物换热器)中的热量递送到从上游co2吸收器的塔底取出的胺溶液(富胺溶液)中，并且该胺溶液在被预热后供给到co2汽提塔，通常供给到co2汽提塔的塔顶。在胺预热器中递送热量后，将从co2汽提塔的塔底取出的胺溶液(贫胺溶液)供给到co2吸收器的塔顶。通过本发明的一个实施方式，所述第二组换热器，合适地为布置在第一组下游的换热器，替代地起到胺预热器的作用，该胺预热器合适地布置在进料/流出物换热器的下游，其从而从烟道气中取出额外的负荷，从而也使得能够在co2汽提塔的co2再沸器中的负荷更小。因此，提供尺寸较小的co2再沸器也是可能的。此外，还减少了使用例如蒸汽，更具体地为低压蒸汽来驱动co2再沸器的需要，情况常常如此。此外，通过使胺洗涤单元与初级重整单元的对流段直接流体连通，实现了在设备或方法中的更高集成度，因为胺溶液(富胺溶液)穿过布置在其中的换热器，例如穿过盘管，与行进通过对流段的冷却烟道气逆向。来自第一组换热器(例如温度为120℃)的冷却烟道气将热量递送到胺溶液(富胺溶液)，因此在进入co2汽提塔塔顶之前，在进料/流出物换热器之后将其预热至例如150-110℃。
47、在胺洗涤单元中，co2吸收器合适地在30-50℃的温度范围和1-200atm(绝对)的压力范围内操作，而co2汽提塔合适地在co2汽提塔的塔底处在110-130℃的温度范围和1.2-2atm(绝对)下操作。
48、如上所述，可以提供后碳捕获去除单元。因此，可以提供额外的溶剂洗涤单元，合适地为用于从烟道气中去除co2的胺洗涤单元，还包括co2吸收器和co2汽提塔以及配套的co2再沸器。例如，结合上述引用的实施方式ii)，胺预热器也合适地用于预热来自该额外胺洗涤单元的胺溶液。因此，在实施方式ii)中，所述第二组换热器还可以被布置成接收溶剂溶液，例如胺溶液，其来自：被布置在初级重整单元的所述对流段下游的额外co2去除段，合适地为额外的溶剂洗涤单元，例如额外的胺洗涤单元；从而产生进一步冷却的烟道气流和预热的溶剂溶液，例如预热的胺溶液。
49、同样合适地，另一个换热器，例如盘管，可以平行布置在对流段中，并用作所述额外的胺洗涤单元的胺预热器。
50、现在，更具体地，在根据本发明第一方面的实施方式中，该设备还包括额外的co2去除段，其被布置成接收所述冷却的烟道气流或所述进一步冷却的烟道气流，从而产生第二富co2流和贫co2烟道气流，并且其中所述额外的co2去除段还包括在添加溶剂溶液下的co2吸收器和用于再生溶剂溶液的co2汽提塔。
51、因此，来自氢气设备的co2排放可以减少90％或更多，从而显著地进一步减少设备的碳足迹。迄今为止，还没有开发出在用于生产氢气的设备中从初级重整设备(特别是smr)的烟道气中捕获co2的标准解决方案。
52、通过将该额外的co2去除/捕获段(后co2捕获)与水煤气变换段下游的co2去除-捕获段(前co2捕获)相结合，实现了co2排放的上述百分比降低，同时通过初级重整单元的冷却烟道气对其中使用的胺溶液(即富胺溶液)的所述预热，将烟道气中可用的额外负荷(热负荷)与额外的co2去除/捕获段进一步整合。后co2捕获因此也与设备的其余部分协同作用以产生氢气。然后来自前co2捕获和后co2捕获的co2被合适地输送，例如在地质结构中封存。
53、结合上述实施方式iii)，应当理解，bfw以及dmw是设备中的输入流。通常，bfw将进入汽鼓，并从那里抽出用于冷却合成气流的流。通常，设备中使用的dmw也通过冷却合成气流进行预热，合适地合成气流是在水煤气变换后产生的合成气流，但在工艺气体(此处为合成气)空气冷却器之前，其中合成气的温度为约120-130℃。相反，从冷却的烟道气中取出额外负荷，因为其温度也在这个范围附近。
54、如上所述，第二组换热器的换热器合适地设置为盘管。因此，在一个实施方式中，i)中的燃料气、或ii)中的溶剂溶液、或iii)中的bfw或dmw的部分在盘管内与烟道气流、更具体地与冷却的烟道气流逆向流动。
55、在根据第一方面的实施方式中，所述变换段包括高温变换(hts)。在另一个实施方式中，变换段包括一个或多个串联的额外高温变换单元。在又一个实施方式中，所述变换段还包括hts单元下游的一个或多个额外的变换单元，其中该一个或多个额外的变换单元是一个或多个中温变换(mts)单元和/或一个或多个低温变换(lts)单元。如本领域公知的，在变换段中，通过进行水煤气变换反应co+h2＝co2+h2，使合成气富含氢气，正如前面已经提到的。
56、在根据本发明第一方面的实施方式中，设备还包括一个或多个预重整单元(预重整器)，其被布置在所述初级重整单元的上游并且被布置成接收所述烃进料，如天然气，例如脱硫天然气。
57、因此，应当理解，所述烃进料也可以是预重整的烃进料。如本领域公知的，在预重整器中，所有高级烃类都可以转化为碳氧化物和甲烷，从而导致进料到初级重整单元的气体中甲烷含量更高。
58、在根据本发明第一方面的实施方式中，氢气纯化单元是变压吸附单元(psa单元)。
59、如本领域公知的，psa是通常在商业实践中使用的非低温空气分离方法，其涉及在高压气柱中通过诸如沸石和二氧化硅的吸附剂吸附合成气，从而产生高纯度的富氢气体，例如99.9wt％或更高的h2。来自psa单元的废气流例如在约30-40℃下递送，而富氢气流例如在约40-50℃下递送。
60、还可以设想使用额外的氢气纯化单元，合适地还可以使用第二psa单元，其可以被设置为接收来自第一psa单元的一部分废气，从而产生第二废气流和第二富氢气流。来自两个psa单元的废气流可以合并成单个废气流，并且富氢气流也可以合并成单个富氢气流。
61、在第二方面中，本发明提供了一种用于生产氢气的方法，该方法包括：
62、-提供根据本发明第一方面的实施方式中任一个的设备；
63、-通过将所述烃进料如天然气供应到初级重整单元来进行烃进料的初级重整步骤，所述初级重整单元包括燃烧段和一个或多个燃烧器，所述燃烧段包括适于蒸汽甲烷重整的催化剂，所述燃烧器用于为所述蒸汽甲烷重整提供热量，并且在蒸汽存在下进行所述蒸汽甲烷重整以产生第一合成气流和烟道气流；所述初级重整单元还包括对流段，所述对流段包括第一组换热器并且在所述第一组换热器中冷却烟道气流以产生冷却的烟道气流；
64、-任选地，通过将第一合成气供应到被布置成接收所述第一合成气流的至少一部分的变换段来进行水煤气变换，所述变换段合适地包括高温变换(hts)以产生第二合成气流；
65、-任选地，通过将第一合成气流或第二合成气流供应到co2去除段来从第二合成气中去除co2，所述co2去除段是其中溶剂溶液需要通过加热再生的化学品吸收单元，合适地为溶剂洗涤单元如胺洗涤单元，其被布置成接收所述第一合成气流或第二合成气流，并且包括在添加溶剂溶液(例如胺溶液)下的co2吸收器，以及在co2汽提塔中再生溶剂溶液(例如胺溶液)，用于产生第三合成气流以及第一富co2流；
66、-向所述一个或多个燃烧器供应预热的燃烧空气流；
67、-向所述一个或多个燃烧器供应预热的第一燃料气流或预热的第二燃料气流，其中第一燃料气流是所述富氢气流的一部分，并且第二燃料气流是由所述废气流的至少一部分和所述第一燃料气流(即所述富氢气流的所述部分)合并而成的气体流。
68、在根据本发明第二方面的实施方式中，该方法进一步包括仅将所述第一燃料气流或第二燃料气流作为燃料供应到所述一个或多个燃烧器。因此，该方法不包括向所述一个或多个燃烧器供应单独的燃料气流，如天然气流或脱硫的天然气流。
69、在根据本发明第二方面的实施方式中，
70、所述预热的燃烧空气流或所述预热的第一燃料气流或第二燃料气流，即燃烧空气、第一燃料气或第二燃气的预热，通过在所述第一组换热器的一个换热器中冷却烟道气而产生，并且向所述换热器供应燃烧空气流，即冷的燃烧空气流；或者在所述第一组换热器的一个换热器中，向所述换热器供应所述第一燃料气流或第二燃料气流。
71、在根据本发明第二方面的实施方式中，将烟道气冷却至低于100℃，例如约70℃。通常，烟道气被冷却至120-130℃，但烟道气中的硫要少得多或没有硫，可以将其冷却至低于100℃，例如约70℃，这是水的饱和点。因此，在特定实施方式中，将烟道气冷却至70-99℃范围内的温度，如75℃、80℃、85℃或95℃。
72、在根据本发明第二方面的实施方式中，该方法还包括为所述对流段提供第二组换热器，合适地为在所述第一组换热器的下游的换热器，以及：
73、i)将所述第一燃料气流或第二燃料气流的一部分供应到第二组换热器，用于产生进一步冷却的烟道气流和所述预热的第一燃料气流或第二燃料气流，以及将预热的第一燃料气流或第二燃料气流供给到初级重整单元的所述一个或多个燃烧器；或
74、ii)将来自以下的溶剂溶液，例如胺溶液供应到第二组换热器：
75、所述溶剂洗涤单元，例如胺洗涤单元，或来自
76、布置在初级重整单元的所述对流段下游的额外的co2去除段，合适地为额外的溶剂洗涤单元；
77、以产生进一步冷却的烟道气流和预热的溶剂溶液，例如预热的胺溶液；或
78、iii)供应引入所述氢气生产方法中的沸腾给水(bfw)和/或脱矿质水(dmw)，以及将bfw和/或dmw供应到第二组换热器，用于产生进一步冷却的烟道气流以及蒸汽和/或预热的dmw；或
79、iv)将烃进料供应到第二组换热器，从而产生进一步冷却的烟道气流以及预热的烃进料。
80、应当理解，所述额外的co2去除段，合适地为布置在初级重整单元的所述对流段下游的额外的溶剂洗涤单元是指后碳捕获去除单元，用于由此从冷却的烟道气或从进一步冷却的烟道气体中去除和捕获co2。
81、在根据本发明第二方面的实施方式中，该方法还包括在布置在所述初级重整单元上游的一个或多个预重整单元(预重整器)中对所述烃进料进行预重整。
82、如结合本发明的第一方面(设备)，根据本发明的第二方面的方法能够将新的燃料气流，即除烃进料之外的燃料气流(例如天然气)掺入到氢气设备中。新的燃料气流，合适地为psa废气和来自psa的氢气的混合物，不含任何硫，因此现在可以将烟道气冷却到较低的温度，而不会有硫酸冷凝和由此产生的腐蚀问题的风险。这使得可以在烟道气段(初级重整单元的对流段)中添加额外的预热盘管，以取出更多的负荷，从而提高设备的能源效率。
83、该负荷可尤其用于dmw/bfw的预热，但也可用于预热进入co2去除段的co2汽提塔的胺溶液，如后碳捕获去除单元(即，布置用于接收所述进一步冷却或进一步冷却的烟道气流的额外co2去除段)。同样合适地，该负荷用于例如后碳捕获去除单元的co2汽提塔的co2再沸器中。因此，现在也可以提供用于驱动后碳捕获去除单元或用于驱动布置在初级重整单元和氢气纯化单元之间的co2去除段的负荷，而不是使用在设备/方法中产生的或作为输入蒸汽提供的低工艺蒸汽(lp蒸汽)。lp蒸汽通常用于co2再沸器。因此，本发明还能够预热例如co2去除段中的胺溶液。从而实现了至少减少的能耗和减少的蒸汽消耗。
84、本发明第一方面(设备)的实施方式中任一个和相关益处可以与本发明第二方面(方法)结合使用，反之亦然。
85、在第三方面中，本发明提供了一种改造用于生产氢气的现有设备的方法，该现有设备使用常规初级重整单元来产生合成气。
86、因此，还提供了一种改造用于生产氢气的设备的方法
87、所述设备包括用于生产合成气流的初级重整单元和用于生产富氢气体流和废气流的下游氢气纯化单元；所述初级重整包括：燃烧段和对流段，所述燃烧段包括适于蒸汽甲烷重整的催化剂和一个或多个用于为所述蒸汽甲烷重整提供热量的燃烧器，从而产生所述合成气流和烟道气流，所述对流段包括用于产生冷却的烟道气流的第一组换热器；
88、所述下游氢气纯化单元设置有用于取出富氢气流的出口和用于取出废气流的出口；
89、所述方法包括：
90、-在初级重整单元的对流段中安装第二组换热器，其中所述第二组换热器包括一个或多个换热器，合适地为一个换热器，其被布置在所述第一组换热器下游，从而产生进一步冷却的烟道气流；
91、-安装分流点，如分流器，用于将所述富氢气流的一部分分出为第一燃料气流；
92、-安装混合点，如接合点或混合单元，用于将所述废气流的至少一部分与所述第一燃料气流合并，从而形成第二燃料气流；以及
93、-安装导管，即诸如管道的导管，用于将所述第一燃料气或所述第二燃料气流引导至第一组换热器和/或第二组换热器，并进一步引导至所述一个或多个燃烧器；
94、-任选地，安装用于减少或阻止向所述一个或多个燃烧器供应单独的燃料气流(如天然气流或脱硫的天然气流)的设备。
95、因此，没有输入的天然气作为燃烧器的外部燃料源。富氢气体流，或合适地富氢气体和psa废气的燃料气体混合物不含硫，因此可以将烟道气冷却到比现有初级重整单元(例如蒸汽重整单元)更低的温度，而不会有硫酸冷凝和由此产生的腐蚀问题的风险。在重整单元的对流段(即烟道气段，优选在现有设备的第一组换热器下游)安装一组额外的换热器，合适地为一个额外的换热器，如盘管。这使得能够取出更多的负荷，从而进一步提高设备的能源效率。
96、在根据本发明第三方面的一个实施方式中，该设备还包括布置在初级重整单元和氢气纯化单元之间的变换段和co2去除段，co2去除段是其中溶剂溶液需要通过加热再生的化学品吸收单元，合适地为溶剂洗涤单元，如胺洗涤单元，
97、改造方法进一步包括：
98、-安装额外的co2去除段，其被布置用于接收所述冷却或进一步冷却的烟道气流，即安装后捕获co2去除单元。
99、在特定实施方式中，额外的co2去除段是额外的化学品吸收单元，其中溶剂溶液需要通过加热再生，合适地为溶剂洗涤单元，如胺洗涤单元；
100、所述改造方法进一步包括
101、-安装导管，用于将溶剂溶液(例如胺溶液)从布置在初级重整单元和氢气纯化单元之间的所述co2去除段，或从布置用于接收所述进一步冷却的烟道气流的所述额外的co2去除段提供到所述第二组换热器的一个换热器，从而产生进一步冷却的烟道气流和预热的溶剂溶液；
102、-任选地安装用于将所述预热的溶剂溶液提供给胺洗涤单元或额外的胺洗涤单元的co2汽提塔的导管。
103、因此，可以捕获设备中产生的约90％的二氧化碳，同时提供高度的设备或方法集成。
104、如结合本发明的第一方面或第二方面，改造方法能够将新的燃料气流，即除烃进料之外的燃料气流(例如天然气)掺入现有氢气设备中。新的燃料气流，合适地为psa废气和来自psa的氢气(富氢气体)的混合物，不含任何硫，因此现在可以将烟道气冷却到较低的温度，而不会有硫酸冷凝和由此产生的腐蚀问题的风险。这使得可以在烟道气段(初级重整单元的对流段)中添加额外的预热盘管，以取出更多的负荷，从而提高设备的能源效率。
105、该负荷可尤其用于dmw/bfw的预热，但也可用于预热进入co2去除段的co2汽提塔的胺溶液，如后碳捕获去除单元(即，布置用于接收所述进一步冷却或进一步冷却的烟道气流的额外co2去除段)。同样合适地，该负荷用于例如后碳捕获去除单元的co2汽提塔的co2再沸器中。因此，现在也可以提供用于驱动后碳捕获去除单元或用于驱动布置在初级重整单元和氢气纯化单元之间的co2去除段的负荷，而不是使用在设备/方法中产生的或作为输入蒸汽提供的低工艺蒸汽(lp蒸汽)。lp蒸汽通常用于co2再沸器。因此，本发明还能够预热例如co2去除段中的胺溶液。从而实现了至少减少的能耗和减少的蒸汽消耗。
106、根据本发明第一方面(设备)或本发明第二方面(方法)的实施方式中的任一个和相关益处可以与本发明第三方面(改造现有氢气设备的方法)结合使用，反之亦然。