用于蒸汽重整系统的稳定运行的方法技术方案

本发明专利技术涉及一种用于调节和稳定运行蒸汽重整系统的方法，该蒸汽重整系统通过蒸汽重整来运行，该蒸汽重整系统的容量利用水平能够被调节，并且该蒸汽重整系统包括蒸汽重整器6、定位在蒸汽重整器6上游并且旨在用于原料脱硫的氢化和脱硫单元1以及蒸汽重整器6的燃烧单元11，所述方法的特征在于，通过对以下连续监测的参数比进行自动调节来建立用于蒸汽重整系统的强制容量利用水平：

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于蒸汽重整系统的稳定运行的方法


[0001]本专利技术涉及一种用于调节和稳定运行蒸汽重整系统的方法，该蒸汽重整系统的容量利用水平可以调节，并且该蒸汽重整系统包括蒸汽重整器、定位在蒸汽重整器上游并且旨在用于原料脱硫的氢化和脱硫单元以及蒸汽重整器的燃烧单元。

技术介绍

[0002]例如，考虑到全球对氢气需求的上升，生产能力正在连续扩大，并且用于氢气生产的方法的效率正在优化。用于生产氢气的一种有效并且因此也是广泛使用的技术是蒸汽重整技术，其中氢气由烃来生产，例如天然气、石脑油(原油、直馏汽油)、LPG、富氢废气，比如提炼厂废气、生物质或原油。
[0003]这里的蒸汽重整典型地嵌入到以下运行链中：
[0004]蒸汽重整本身通常在原料制备之前进行，这需要例如原料的压缩或蒸发或预热。这通常随后是两步原料脱硫，其中在氢化单元中氢化烯烃以及包含在原料中的有机硫化合物。现在以H2S形式存在的硫随后被吸附在例如氧化锌上。
[0005]在原料制备之后，例如添加后续催化步骤所需的全部量的工艺蒸汽。以限定的摩尔比进行添加。该比由原料流中所含的有机碳和工艺蒸汽流速形成。
[0006]在实际蒸汽重整发生之前，出于最小化原料和燃料消耗还有最小化蒸汽重整器尺寸的原因，可以在绝热反应器中进行初步重整，该初步重整的主旨是在约450至540℃下将重质烃转化为甲烷、氢气、一氧化碳和二氧化碳。
[0007]用于在蒸汽重整器中获得氢气的实际蒸汽重整在约500至930℃下进行，并且在烃、例如甲烷和蒸汽之间的吸热反应中完成：
[0008][0009]对于饱和烃，这可以以如下的一般形式书写：
[0010][0011]为了提高氢气产率，该反应可能(通常在用于氢气产生的设备的情况下)通过称为水煤气变换反应的反应进行，其中一氧化碳和蒸汽反应以形成二氧化碳和氢气：
[0012][0013]最后，将离开蒸汽重整器的合成气冷却至适合于变压吸附设备的温度。在变压吸附设备中，比如CO、CO2、H2O、N2和CH4的杂质得到了有效分离，并且获得了高纯度的氢气。由于效率的原因，出现的废热被回收。由废热产生的蒸汽被重新用作工艺蒸汽，任何多余的蒸汽都被输送到例如现有的网络。
[0014]从US 7,881,825 B2已知一种用于基于蒸汽重整运行氢气生产系统的方法，该方法通过算法和精细的校正模型使得能够在尽可能接近最优的运行点运行氢气生产系统，以便最小化原料的消耗，同时最大化氢气产率。
[0015]然而，对用于运行氢气生产系统或通常蒸汽重整系统的方法施加的要求并不简单地等于发现针对原料消耗而优化的运行点。相反，这种方法同样应当使得系统的容量利用
水平能够适应产品需求和/或氢气需求波动的情况。对该系统施加的另一个要求是，不管可变的容量利用水平，并且因此不管对产品和/或氢气的可变需求，都确保其稳定运行。系统稳定性的标准
‑
从工艺运行的复杂性和所涉及的系统组成的复杂性来看绝不是微不足道的
‑
是特别重要的，因为氢生产系统，如许多大型化设备，必须配备紧急停堆系统，该系统在例如数量波动的事件中进行干预，由负载变化引起的压力和温度，导致超过规定的安全相关系统限值，并且作为整体关闭氢气生产系统。系统关闭需要相当大的下游成本，这可能显著地负面影响设备的总生产率，并且因此单个系统关闭通常与相对于正常运行中的原料消耗的与最优运行点的轻微偏离相比更高的成本相关联。

技术实现思路

[0016]因此，本专利技术的目的是提供一种用于调节和稳定运行蒸汽重整系统的方法，该蒸汽重整系统的容量利用水平可以调节，所述方法掌控对容量利用水平的调节，同时保证系统运行的高度稳定性，特别是在容量利用水平变化期间。
[0017]根据本专利技术，该目的通过如开始所述的方法来实现，其中通过自动调节以下连续监测的参数比来建立生产系统的强制容量利用水平：
[0018]‑
氢化和脱硫单元中氢气
‑
原料比，
[0019]‑
蒸汽重整器中的蒸汽
‑
碳比，
[0020]‑
蒸汽重整器的燃烧单元中的燃料
‑
空气比。
[0021]通过该方法，在第一步骤中
‑
甚至在所涉及的气体进入蒸汽重整器之前
‑
为了保护位于蒸汽重整器中的催化剂免受充当催化剂毒物的硫化合物的影响，在准备步骤中确保向原料供应足够量的氢气，以便例如在位于蒸汽重整器上游的氢化单元中进行有机硫化合物和烯烃的有效氢化。通过本专利技术的方法，这可以例如以有利的方式通过抽出由蒸汽重整生成的氢气的小的子流并且以特定的比将其供应给原料流来实现。连续监测当前的氢气
‑
原料比，并且相应地调节相应的输入变量
‑
在当前情况下为氢气流和原料流。
[0022]用该方法在该步骤中选择的氢气
‑
原料比优选地取决于原料。特别优选地，基于在0.01至0.60范围内的摩尔流速来调整氢气
‑
原料比。
[0023]在该准备步骤结束之后，制备的原料可用于随后的蒸汽重整。
[0024]在本专利技术方法的第二步骤中，为了有效地实施蒸汽重整，即烃与蒸汽的吸热反应，通过合适的测量装置，例如通过流量计和原料分析来监测蒸汽
‑
碳比，并且通过调节蒸汽流和/或脱硫原料流来调整蒸汽
‑
碳比。优选地以适于脱硫原料流的形式选择蒸汽流，脱硫原料流从氢化和脱硫单元获得并且进入蒸汽重整器。
[0025]在第一步骤中已经制备的原料流可以认为在准备过程中没有变化，因为从原料流中除去的硫化合物通常具有仅几ppm的分数。特别优选地，在添加工艺蒸汽时，建立2.0至4.0的摩尔蒸汽
‑
碳比。
[0026]本专利技术方法的最后步骤包括监测和建立与蒸汽重整器相关联的燃烧单元中的燃料
‑
空气比，所述单元通过燃料的点燃引入吸热反应所需的热量。在这种情况下选择的燃料
‑
空气比取决于原料和燃料。
[0027]已经显现，如果在系统的容量利用水平发生变化的情况下调节氢气
‑
原料比，使得在用于制备原料的第一步骤中调整氢流和原料流的顺序根据蒸汽重整系统的容量利用水
平是提高还是降低来选择，则系统的运行稳定性可以额外改善。
[0028]在改善系统运行稳定性方面特别有利的方式中，在系统的容量利用水平发生变化的情况下，调节与蒸汽重整相关的蒸汽
‑
碳比，使得在本专利技术方法的发展中，调整蒸汽流和原料流的顺序根据蒸汽重整系统的容量利用水平是升高还是降低来选择。
[0029]在系统的容量利用水平发生变化的情况下，通过调节燃料
‑
空气比，可以进一步改善系统的运行稳定性，使得燃料流和空气流的调整顺序根据蒸汽重整系统的容量利用水平是升高还是降低来选择。
[0030]此外，已经显现，如果蒸汽重整本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于调节和稳定运行蒸汽重整系统的方法，所述蒸汽重整系统的容量利用水平能够被调节，并且所述蒸汽重整系统包括蒸汽重整器(6)、定位在所述蒸汽重整器(6)上游并且旨在用于原料脱硫的氢化和脱硫单元(1)以及所述蒸汽重整器(6)的燃烧单元(11)，其特征在于，通过对以下连续监测的参数比进行自动调节来建立用于生产系统的强制容量利用水平：
‑
所述氢化单元(1)中的氢气
‑
原料比(2)，
‑
所述蒸汽重整器(6)中的蒸汽
‑
碳比(7)，
‑
所述蒸汽重整器(6)的所述燃烧单元(11)中的燃料
‑
空气比(12)。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对于待引入所述氢化和脱硫单元中的氢气流和原料流，计算根据所述强制容量利用水平产生期望的水
‑
原料比(2)的设定点值(3)，并且在需要提高生产设备的容量利用水平的情况下，在所述原料流(5)之前将所述氢气流(4)调整到相应的设定点值(3)，并且当需要降低所述生产设备的容量利用水平时，在所述氢气流(4)之前将所述原料流(5)调整到相应的设定点值(3)。3.根据权利要求1和2中任一项所述的方法，其特征在于，基于摩尔流速将所述氢气
‑
原料比(2)调整到0.01至0.60范围内的值。4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，对于蒸汽流和原料流，计算根据所述强制容量利用水平产生期望的蒸汽
‑
碳比(7)的设定点值(8)，并且在需要提高所述蒸汽重整系统的容量利用水平的情况下，在所述原料流(10)之前将所述蒸汽流(9...

【专利技术属性】
技术研发人员：恩斯特，
申请(专利权)人：蒂森克虏伯股份公司，
类型：发明
国别省市：