EP2349922A1 - Prozessgaserzeugung mittels wärmerückgewinnung aus niedertemperaturabwärme - Google Patents

Prozessgaserzeugung mittels wärmerückgewinnung aus niedertemperaturabwärme

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EP2349922A1
EP2349922A1 EP09748703A EP09748703A EP2349922A1 EP 2349922 A1 EP2349922 A1 EP 2349922A1 EP 09748703 A EP09748703 A EP 09748703A EP 09748703 A EP09748703 A EP 09748703A EP 2349922 A1 EP2349922 A1 EP 2349922A1
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EP
European Patent Office
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heat exchanger
process gas
heat
boiler feedwater
low
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Withdrawn
Application number
EP09748703A
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English (en)
French (fr)
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Thilo Von Trotha
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ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
Original Assignee
Uhde GmbH
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Publication date
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    • Y02P20/129—Energy recovery, e.g. by cogeneration, H2recovery or pressure recovery turbines

Definitions

  • the invention relates to a process for steam reforming of hydrocarbon-containing starting materials, which is in particular to the process gas production by means of heat recovery from low-temperature waste heat.
  • the invention relates to making better use of the energy of the process gas containing hydrogen and water vapor produced in a steam reforming process.
  • an apparatus for carrying out the method according to the invention should be the subject of the invention.
  • a reaction mixture of water vapor and hydrocarbon-containing starting materials is converted to a process gas which is enriched with hydrogen.
  • This process gas leaves the steam reforming process with a temperature above 100 0 C. Most of this temperature is in a range between 700 and 1000 0 C.
  • the process gas which may for example consist in a purification and / or an increase in the hydrogen content by pressure swing adsorption or membrane process, this must be cooled.
  • the temperature required for further processing is in a range of 20 ° to 5O 0 C.
  • further reaction steps which can react, for example carbon monoxide and water to carbon dioxide and hydrogen.
  • the amount of heat of the process gas is used in a typical conventional heat recovery process, which is integrated in a synthesis gas plant, usually characterized by that first a high pressure steam is generated in a waste heat boiler and the process gas is converted in a CO conversion unit to carbon dioxide and hydrogen. Thereafter, a variety of heat exchangers are often run through, for example, to heat the hydrocarbon-containing starting material, the boiler feed water and / or the make-up water. The remaining heat contained in the process gas is then usually released via the cooling section to the environment. The condensate accumulating in the cooling section is transferred to a water treatment unit where it is combined with make-up water and then passed into the boiler feedwater pre-heater, whereupon the heated stream is passed to the steam generation system.
  • a disadvantage of this conventional method of heat recovery is that the heat of the process gas leaving the CO conversion unit is largely the heat from a moisture condensation taking place. This condensation is subject to a Pinch effect by the further cooling, whereby the recovery of the heat contained is very difficult and a significant proportion is discharged through the cooling section to the environment.
  • the pinch effect is defined by the approach of the temperatures of two streams, whereby the temperature difference between the two streams is reduced and thus the driving force for heat exchange is minimized. As a result, a lot of energy from the process gas is lost unused.
  • a disadvantage of this system is that the heat exchange in the boiler feedwater heater 1, which is traversed by the process gas is subjected to a pinch effect and thereby the desired heat transfer takes place only to a very limited extent.
  • the greater the amount of boiler feed water that passes through this unit the greater the heat yield that can be utilized.
  • the division of the water flow, before passing through the boiler feedwater preheater 1 results in a limited amount of boiler feedwater passing through this unit and thus a significant fraction of the boiler feed water Heat contained in the process gas via the cooling section, which is usually realized via air cooler, is discharged to the environment and thus lost unused.
  • part of the heat of the flue gas is used to heat the boiler feed water. This heat content of the flue gas is thus no longer available for the actual steam generation.
  • the water treatment unit usually consists of a degasser. This is usually quasi-atmospheric or at a slight overpressure, typically at less than 5 bar (abs.) Operated to remove as much oxygen and other gases from the water.
  • the temperature of the water feed stream of this water treatment unit is typically limited to 80 ° to 95 ° C.
  • the water feed stream could be heated to a temperature greater than 100 ° C via the heat contained in the process gas. Therefore, an additional control device must ensure that the temperature of the inflow stream of the water treatment unit does not exceed the limit of 95 ° C.
  • the heat of the process gas can not be fully utilized and the residual heat contained is ultimately released unused to the environment.
  • the present invention has been developed against the background of the above-described prior art, wherein it is an object of the invention to provide a method for process gas generation, in which it no longer to the above problems in the heat recovery from the process gas contained heat quantity and in which the heat recovery is made even more efficient. Furthermore, it should be the subject of the invention to disclose an apparatus for carrying out the method according to the invention.
  • High-temperature conversion unit at least two units for pressure increase, at least one consumer and at least one unit for further processing of the resulting process gas.
  • High temperature conversion unit in which it is largely converted to carbon dioxide and hydrogen, after which the resulting heat-containing process gas is passed to a first heat exchanger for further heat transfer, and subsequently passes through at least two further heat exchangers operated as boiler feedwater pre-heaters, product condensate heat exchangers or low pressure evaporators, and which are connected in series in any order, wherein the process gas resulting from the low pressure evaporator is first passed into another boiler feedwater by heat energy is transferred to a partial flow of boiler feed water from the water treatment unit, after which the resulting process gas passes the cooling section in which the Process gas is cooled further and a condensate stream is generated and finally passed through at least one unit for further processing of the resulting process gas becomes.
  • a deionized stream is passed for heating in a second heat exchanger.
  • the deionized stream from the second heat exchanger is sent to the water treatment unit for degassing, the boiler feed water stream from the water treatment unit passes through a pressure increase unit and is split, with a first portion of the boiler feed water stream entering the water treatment unit
  • Low-pressure evaporator is passed, in which a low-pressure steam is generated, and the generated low-pressure steam is divided and a first partial flow of the low-pressure steam for heat transfer is performed in the water treatment unit and a second partial flow of low-pressure steam is passed into at least one consumer.
  • This second partial stream of low pressure steam may also be used to preheat other feeds, such as liquid feeds, or for use outside the plant.
  • a second part of the boiler feedwater stream is passed over the second heat exchanger for the purpose of energy transfer and then passed through one or more boiler feedwater preheaters for heating by means of the amount of heat contained in the process gas and finally passed to the steam generation.
  • the water treatment unit degassed the deionized in substantial parts of oxygen in the deaerator. Subsequently, other dosing agents such as ammonia can be added to adjust the pH.
  • the product resulting from this treatment is called boiler feed water.
  • the condensate stream from the cooling section is passed for heating by means of the amount of heat contained in the process gas via a unit for increasing the pressure in the product condensate heat exchanger, after which there is a further heating of the condensate stream.
  • the process gas from the first heat exchanger first passes through a first boiler feedwater pre-heater by heat energy is transferred to a boiler feedwater flow, then a
  • Low-pressure steam is generated from a boiler feedwater flow in order to continue from there through the defined process chain.
  • the process gas from the first heat exchanger first passes through a first boiler feedwater by heat energy is transferred to a boiler feedwater flow, then it is passed into the low pressure evaporator, in which by means of the amount of heat contained low pressure steam is generated from a boiler feedwater flow, and the resulting process gas passes from there to a product condensate heat exchanger, in which heat energy is transferred to a condensate stream in order to continue from there through the defined process chain.
  • the process gas from the first heat exchanger first passes through a product condensate heat exchanger in which heat energy is transferred to a condensate stream, from there it passes through the first boiler feedwater by transferring heat energy to a boiler feedwater stream, and thereafter it is transferred to the
  • Low-pressure evaporator passed, in which by means of the amount of heat contained low-pressure steam is generated from a boiler feedwater flow, and then the resulting process gas continues through the defined process chain as described above.
  • the process gas from the product condensate heat exchanger first passes through the first boiler feedwater pre-heater where heat energy is transferred to a boiler feedwater stream and is then passed through another product condensate heat exchanger before being directed into the low pressure evaporator from where it is defined Process chain continues to go through.
  • the process gas from the first heat exchanger first passes through a product condensate heat exchanger is transferred in the heat energy to a condensate stream and a partial flow of the boiler feedwater flow, is directed from there into the low-pressure evaporator, in which is generated by means of the amount of heat contained low-pressure steam from a boiler feedwater flow, and the resulting process gas then passes through the defined process chain on.
  • the process gas exiting the first heat exchanger is passed to another boiler feedwater preheater for further heat transfer, comprising a further substream resulting from further division of the second portion of the boiler feedwater stream, the water treatment unit, the pressure increase unit and the second boiler feedwater preheater has happened, is fed and thus continues to be heated.
  • the process gas leaving the first heat exchanger and / or the further boiler feed water is passed into a low-temperature conversion unit in which carbon dioxide and hydrogen is formed, from where it passes into one of the other heat exchanger of the defined process chain.
  • the process gas which has passed through a heat exchanger is subsequently passed through a separator and a resulting liquid stream is separated from the heat-containing process gas and combined with the condensate stream from the cooling section and other separators and this mixture is passed through a unit to increase the pressure and then by a
  • the corresponding device for steam reforming of hydrocarbon-containing starting materials by means of steam suitable to carry out a method according to claim 1, comprising an apparatus sequence for flow with process gas, comprising a high-temperature conversion unit, at least four Heat exchanger, a cooling section, and at least one unit for further processing of the resulting process gas, wherein transitions are provided, which connect the individual devices via the gas outlet and gas inlet for the transfer of the process gas with each other.
  • another heat exchanger in the apparatus for steam reforming are included, another heat exchanger, a water treatment unit, at least two booster units, at least one consumer, a device for introducing a Deionatstroms in the other heat exchanger, a device for transferring the Deionatstroms from the other heat exchanger in the water treatment unit, a device for the transfer of the
  • Low-pressure evaporator comprising a device for transferring a first partial flow of the generated low-pressure steam to the water treatment unit and a further device for transferring a second partial flow of the generated low-pressure steam into the further consumer, and a second supply line for transporting the second part of the
  • Kesselspeisewasserstroms is provided to the other heat exchanger, and from there a supply to the second boiler feedwater pre-heater is derived and from there a discharge to the first boiler feedwater or to a product condensate heat exchanger and / or directly provided for further steam generation, and a device for transferring the condensate flow from the cooling line via a unit is provided for increasing the pressure in one or more product condensate heat exchangers.
  • the apparatus sequence for the flow with process gas comprises a series circuit, a high-temperature conversion unit, a first heat exchanger, a first boiler feedwater pre-heater, a
  • Product condensate heat exchanger a low pressure evaporator, a second boiler feedwater pre-heater, a cooling section and at least one processing gas processing unit, in the order named.
  • the apparatus sequence for the flow through with process gas comprises a series circuit, a high-temperature conversion unit, a first heat exchanger, a first A boiler feedwater pre-heater, a low-pressure evaporator, a product condensate preheater, a second boiler feedwater pre-heater, a refrigeration section, and at least one processing gas-processing unit, in that order.
  • the apparatus sequence for flowing through process gas comprises a series circuit comprising a high temperature conversion unit, a first heat exchanger, a product condensate heat exchanger, a first boiler feedwater pre-heater, a low-pressure evaporator, a second boiler feedwater pre-heater, a cooling section and at least one processing gas processing unit named order.
  • the apparatus sequence for flowing through with process gas comprises a series circuit, a high-temperature conversion unit, a first heat exchanger, a product condensate heat exchanger, a low-pressure evaporator, a second boiler feedwater pre-heater, a cooling section and at least one unit for processing the resulting
  • Process gas in the order mentioned, wherein a device for transferring a first partial flow of the boiler feedwater from the second boiler feedwater is provided in a product condensate heat exchanger and another device for transferring the second partial flow of the boiler feedwater flow from the second boiler feedwater is provided directly for further steam generation.
  • Another possibility of the embodiment of the invention is that another third boiler feedwater is provided in the apparatus sequence for flow with process gas, the gas inlet is connected to the gas outlet of the first heat exchanger and its gas outlet to the gas inlet with an optional low-temperature conversion unit or subsequent heat exchanger is connected, and in which a device for transferring a further partial flow of the boiler feed water, which comes from the water treatment unit and the second boiler feedwater pre-heater opens.
  • a low-temperature conversion unit is provided in the apparatus sequence for the flow of process gas, the gas inlet is connected to the gas outlet of the first heat exchanger or the other third boiler feedwater pre-heater and the gas outlet is connected to a subsequent heat exchanger. It is advantageous in the apparatus sequence for flow through the process gas further separators are provided, the gas inlet is connected to the gas outlet of the respective upstream heat exchanger, and the gas outlet is connected to the in the process chain each subsequent heat exchanger, and each one Have discharge for the resulting liquid, which opens into the device for transferring the condensate stream from the cooling section in a product condensate heat exchanger and is passed through a pressure booster unit.
  • the second boiler feedwater pre-heater is integrated into a separator, which is optionally equipped with further fittings and / or packs, and which is provided with a discharge, the resulting process condensate in the device for the transfer of the condensate stream transported the cooling line in a product condensate heat exchanger.
  • Device is that further additional heat exchangers are provided in the apparatus sequence for flow through the process gas.
  • a further device for dividing the second stream of low-pressure steam may also be provided, so that a supply line for air preheating and a supply line to other consumers are provided.
  • FIG. 1 A process sketch according to the invention of the process for
  • FIG. 2 An alternative integration of the heat exchanger shown in Fig. 1 in the process for heat utilization in the steam reforming of hydrocarbon-containing starting materials by means of steam.
  • Fig. 3 A further advantageous variant of the method for heat utilization in the steam reforming of hydrocarbon-containing starting materials by means of steam, in which the product condensate heat exchanger is passed through with process gas before the first boiler feedwater pre-heater.
  • FIG. 4 Another embodiment of the interconnection of the inserted
  • FIGS. 1 to 3 Heat exchanger with each other.
  • the main difference to FIGS. 1 to 3 is that the first boiler feedwater pre-heater is dispensed with.
  • Fig. 5 A supplementary representation of Fig. 1, by various optional
  • Elements in the process such as a third boiler feed water heater, a low-temperature conversion unit, an optional additional separator and a heat exchanger, are integrated.
  • Fig. 1 shows a process diagram for heat utilization in the steam reforming of hydrocarbon-containing starting materials by means of steam, wherein the resulting heat-containing process gas 1a first passes through a high-temperature conversion unit 2, in which a part of the carbon monoxide is converted to carbon dioxide and hydrogen. The resulting heat-containing process gas 1b is then passed to a first heat exchanger 3 for further heat transfer. Thereafter, the heat-containing process gas 1c undergoes a first boiler feedwater pre-heater 4, the heat contained in the process gas having passed through preheated boiler feed water 14e originating from the water treatment unit 13 and the pressure-increasing unit 25, the heat exchanger 16, and the boiler feedwater pre-heater 8, is transmitted.
  • the deionized 12a is heated in the heat exchanger 16 and the heated deionized 12b is passed to the water treatment unit 13 for degassing.
  • the preheating of the deionized has the advantage that one side of the heat exchanger must be designed only at low pressures and a partial production of low alloy steel is sufficient, resulting in a cost savings.
  • the resulting boiler feedwater stream 14f is then sent for further steam generation processing.
  • the heat-containing process gas 1d resulting from the boiler feedwater preheater 4 is subsequently passed into the product condensate heat exchanger 5, in which it gives off heat to the process condensate 15a, which has passed the pressure increase unit 27 and originates from the cooling section 10.
  • the preheated process condensate 15b is then used for further heating.
  • the process condensate 15a is obtained in separators of the cooling section 10, which is composed for example of an air cooler and a water cooler, and is reheated in a product condensate heat exchanger 5.
  • This method could be carried out in a contact apparatus, which is supplied with water, wherein by direct cooling condenses at least a portion of the water vapor to be separated from the process gas, which is then eliminated with the water used for cooling.
  • the process condensate would be further preheated, which would be an advantage, since the higher the preheating of the process condensate, the more heat can be used in the flue gas for other media and steam generation.
  • the resulting from the product condensate heat exchanger 5 heat-containing process gas 1e is subsequently passed into the low-pressure evaporator 6, in which the heat is transferred to a part of the generated in the water treatment unit 13 boiler feedwater flow 14c, which has experienced an increase in pressure.
  • the low-pressure steam 19a thus obtained is returned to the water treatment unit 13 in a first partial stream 19b, while a second partial stream of the heated boiler feed water 19c is fed into a consumer, here into an air preheater 18, which heats ambient air 17, which then continues to be used as combustion air 20 place.
  • the heat-containing process gas 1f resulting from the low-pressure evaporator 6 is then fed to the boiler feedwater pre-heater 8 by the partial flow 14d of the in the Water treatment unit 13 is further preheated before it is transferred to the boiler feedwater 4.
  • the process gas 1g resulting from the boiler feedwater pre-heater 8 then passes into the cooling section 10, in which the process gas is further cooled and a condensate stream is generated, and the condensate stream 15a is passed into the product condensate heat exchanger 5.
  • FIG. 1 and FIG. 2 differ in that the heat-containing process gas 1d leaving the boiler feedwater preheater 4 first passes through the low-pressure evaporator 6 and then the product condensate heat exchanger 5 thereafter , The other interconnection of the individual appliances remains unaffected. However, it would be better to use the energy better in the variant shown in FIG.
  • FIG. 1 Another embodiment is shown in FIG. Starting from FIG. 1, the difference is that the heat-containing process gas 1 c resulting from the heat exchanger 3 first passes through the product condensate heat exchanger 5 and is subsequently passed through the boiler feed water preheater 4. The other interconnection of the individual apparatus remains unaffected and corresponds to that shown in Fig. 1 apparatus sequence.
  • the boiler feedwater preheater 4 is completely dispensed with.
  • the heat-containing process gas 1c originating from the heat exchanger 3 is led into the product condensate heat exchanger 5, from where the resulting heat-containing process gas 1d passes through the low-pressure evaporator 6 followed by the boiler feedwater pre-heater 8.
  • Boiler feedwater pre-heater 8 generated preheated boiler feed water 14e is divided in this example and a partial flow 14f is added together with the process condensate 15a via the product condensate heat exchanger 5, to then undergo further preheating.
  • the second partial flow 14g of the preheated boiler feed water is given to generate steam.
  • Fig. 5 further optional devices are included in the interconnection, which positively influence the process.
  • the starting point is the description and the illustration of differences from FIG.
  • the heat-containing process gas 1c from the heat exchanger 3 in an additional Boiler feedwater pre-heater 21 is fed, which is fed by a further partial flow 14g of the boiler feedwater flow undergoing preheating in the boiler feedwater pre-heater 8.
  • the resulting heated boiler feed water 14h is also routed to steam production and thus used further.
  • the resulting process gas is eliminated from the
  • Boiler feedwater pre-heater 21 is then passed into a low-temperature conversion unit 22 in which carbon dioxide and hydrogen are formed.
  • the resulting heat-containing process gas 1e then passes through the boiler feedwater preheater 4 and the product condensate preheater 5 as shown in FIG. 1.
  • the process gas 1g resulting from the product condensate preheater 5 subsequently passes into a separator 23 in which an emerging process condensate 15c is separated from the process gas is passed together with the other process condensate streams as process condensate 15d via a unit for pressure increase 27 in the product condensate heat exchanger 5.
  • Low-pressure evaporator 6 and the separator 7 go through.
  • the condensate stream 15e from the separator 7 is also conducted into the product condensate heat exchanger 5 together with the other condensate streams 15d resulting from the overall process.
  • the resulting from the low-pressure evaporator 6 low-pressure steam 19a is divided into three partial streams. It will be described below.
  • Partial flow 19b of the low-pressure steam is passed into the water treatment unit 13, 19c in the air preheater 18 and 19d in further consumers 26. After the separator 7, a further heat exchanger 24 is then connected for further energy transfer. Thereafter, the process chain described in Fig. 1, the boiler feedwater pre-heater 8, the cooling section 10 and the
  • Pressure swing adsorption unit 11 comprises.
  • a further heat exchanger 9 is provided between the boiler feedwater pre-heater 8 and the cooling section 10 in this embodiment.
  • FIG. 6 shows a further variant of FIG. 1.
  • the process condensate stream 15a which originates from the cooling section 10 and is passed via a unit for pressure increase 27 via a further additional product condensate heat exchanger 28 before it passes through the product condensate heat exchanger 5.
  • This has the advantage that the product condensate absorbs even more heat, which can be used in the further process for the heating of other media.
  • the additionally inserted in Fig. 5 apparatuses can be used combined as described in Figure 5, but also be integrated as individual components in the respective process chains.
  • FIG. 1 can serve as the basis of this apparatus integration, but all the figures can serve as the basis of the integration. From this it can be seen that the process offers many options to adapt the respective process to the individual needs of a plant operator and to integrate the corresponding plant components into existing plants. There is also the possibility of implementing these process variants in new plants.
  • the low-pressure evaporator could be equipped with a safety reverse and cool the process gas by generating and blowing off low-pressure steam in the event of shutdown.
  • the generated low-pressure steam can be used in addition to the air preheating and water treatment, as described above, for example, for the CO 2 in a CO 2 process gas scrubbing.
  • the temperature of the generated low-pressure steam is a maximum of 200 ° C.
  • the low-pressure evaporator 6 is dispensed with, as well as the boiler feedwater preheater 8, so that the boiler feedwater stream 14d is conducted directly into the boiler feedwater preheater 4.
  • the present invention positively affects energy utilization compared to this typical interconnection will be shown in the following table. In this case, some of the previously explained figures are used as the basis for the calculations. It is assumed that after the first four series-connected heat exchangers the apparatus sequence for the flow with process gas, a separator is connected. By way of example, a plant capacity of 33455 Nm 3 / h of hydrogen is assumed.
  • the interconnection variant of the invention which is reflected in FIGS. 3 and 6, is associated with a very high energy utilization in comparison to the interconnection typical in the prior art.
  • an increase in the total energy utilization of about 3270 kW is to be expected, which would be lost unused in the typical Verschaltungstine of the prior art.
  • FIGS. 7A to D The conditions on which the calculations are based are shown in FIGS. 7A to D as a graphic function of temperature and energy utilization.
  • the dashed line represents the temperature decrease of the process gas as a function of the energy contained, while the solid line represents the heating behavior of the individual media of the process.
  • the individual process steps represented by the graphs are reflected by the inserted reference numerals also used in the remaining Figures 1 to 6.
  • the further preheating of the process condensate in a product condensate heat exchanger causes more energy from the Flue gas for heating other media is available and can be used to generate steam.
  • the process condensate in the flue gas channel is preheated to boiling.
  • preheating the process condensate by process gas can be dispensed with the conventional heating in the flue gas duct, resulting in a simplification of the process concept.
  • the temperature and pressure conditions in the heat exchanger 16 prevent the risk of steam shock, thereby improving the reliability.

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Abstract

Verfahren zur Wärmeausnutzung bei der Dampfreformierung umfassend eine Hochtemperaturkonversionseinheit, einen ersten Wärmetauscher, und im Folgenden Kesselspeisewasservorwärmer, Produktkondensatwärmetauscher, und Niederdruckverdampfer, eine Kühlstrecke, in der das Prozessgas weiter abgekühlt wird und ein Kondensatstrom erzeugt wird und durch mindestens eine Einheit zur weiteren Verarbeitung des resultierenden Prozessgas geleitet wird. Des Weiteren ein Deionatstrom eine Wasseraufbereitungseinheit, wobei ein erster Teil des Kesselspeisewasserstromes in den Niederdruckverdampfer geleitet wird, und der generierte Niederdruckdampf geteilt wird und ein erster Teilstrom des Niederdruckdampfes zur Wärmeübertragung in die Wasseraufbereitungseinheit geführt wird und ein zweiter Teilstrom des Niederdruckdampfes in mindestens einen Verbraucher geleitet wird. Ein zweiter Teil des Kesselspeisewasserstroms wird über einen Wärmetauscher und einen oder mehrere Kesselspeisewasservorwärmer geleitet und abschliessend zur Dampferzeugung geleitet wird. Der Kondensatstrom aus der Kühl strecke wird über eine Einheit zur Druckerhöhung in den Produktkondensatwärmetauscher geleitet.

Description

Prozessgaserzeugung mittels Wärmerückgewinnung aus Niedertemperaturabwärme
[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Dampfreformierung kohlenwasserstoffhaltiger Ausgangsstoffe, wobei es insbesondere um die Prozessgaserzeugung mittels Wärmerückgewinnung aus Niedertemperaturabwärme geht. Die Erfindung bezieht sich darauf, die Energie des in einem Dampfreformerprozess erzeugten Wasserstoff und Wasserdampf enthaltenden Prozessgases besser zu nutzen. Zusätzlich soll eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens Gegenstand der Erfindung sein.
[0002] Bei der Dampfreformierung wird ein Reaktionsgemisch aus Wasserdampf und kohlenwasserstoffhaltigen Ausgangsstoffen zu einem Prozessgas umgesetzt, das mit Wasserstoff angereichert ist. Dieses Prozessgas verlässt den Dampfreformierungsprozess mit einer Temperatur oberhalb von 100 0C. Meist liegt diese Temperatur in einem Bereich zwischen 700 und 1000 0C.
[0003] Zum Zwecke der Weiterverarbeitung des Prozessgases, die beispielsweise in einer Reinigung und/oder einer Erhöhung des Wasserstoffanteils durch Druckwechseladsorption oder Membranverfahren bestehen kann, muss dieses abgekühlt werden. Meist bewegt sich die erforderliche Temperatur für eine Weiterverarbeitung in einem Bereich von 20° bis 5O0C. Zwischen den einzelnen Kühlschritten können weitere Reaktionsschritte enthalten sein, die beispielsweise Kohlenmonoxid mit Wasser zu Kohlendioxid und Wasserstoff reagieren lassen.
[0004] Aus der Patentliteratur sind nun verschiedenste Ansätze bekannt die im Prozessgas enthaltene Wärmemenge nutzbar zu machen, um prozesseigene und/oder prozessfremde Stoffe zu erwärmen. Insbesondere wird die enthaltene Wärme häufig dafür genutzt, um mittels Wärmeaustausch Kesselspeisewasser für den Dampfreformerprozess vorzuwärmen.
[0005] Die Wärmemenge des Prozessgases wird in einem typischen konventionellen Wärmerückgewinnungsverfahren, das in eine Synthesegasanlage integriert ist, normalerweise dadurch genutzt, dass daraus zunächst in einem Abwärmeheizkessel ein Hochdruckdampf generiert wird und das Prozessgas in einer CO-Konversionseinheit zu Kohlendioxid und Wasserstoff umgesetzt wird. Danach werden häufig verschiedenste Wärmetauscher durchlaufen, um beispielsweise das kohlenwasserstoffhaltige Ausgangsmaterial, das Kesselspeisewasser und/oder auch das Make-up Wasser zu erwärmen. Die restliche im Prozessgas enthaltene Wärme wird dann meist über die Kühlstrecke an die Umgebung abgegeben. Das in der Kühlstrecke anfallende Kondensat wird in eine Wasseraufbereitungseinheit gegeben, dort mit dem Make-up Wasser vereint und anschließend in den Kesselspeisewasservorwärmer geleitet, wonach der erhitzte Strom zum Dampferzeugungssystem geleitet wird.
[0006] Nachteilig an dieser konventionellen Methode der Wärmerückgewinnung ist, dass die Wärme des Prozessgases, das die CO-Konversionseinheit verlässt, größtenteils die Wärme aus einer stattfindenden Feuchtkondensation ist. Diese Kondensation ist durch die weitere Abkühlung einem Pinch-Effekt unterworfen, wodurch die Rückgewinnung der enthaltenen Wärme sehr schwierig wird und ein signifikanter Anteil über die Kühlstrecke an die Umgebung abgegeben wird. Dabei ist der Pinch-Effekt über die Annäherung der Temperaturen zweier Ströme definiert, wodurch sich die Temperaturdifferenz zwischen den beiden Strömen vermindert und damit auch die treibende Kraft zum Wärmeaustausch minimiert wird. Dadurch geht sehr viel Energie aus dem Prozessgas ungenutzt verloren.
[0007] Einen Vorschlag dieses Problem zu umgehen wird in der US 2006/0231463 A1 offenbart. Hier wird Wasser erhitzt und in eine Wasseraufbereitungseinheit geschickt. Ein erster Wasserstrom aus dieser Einheit wird zu einem Niedrigdruckdampferzeuger geschickt und ein zweiter Wasserstrom wird zu einem ersten Kesselspeisewasservorwärmer geschickt. Beide Anlagenteile werden mit Prozessgas zum Wärmeaustausch durchströmt. Aus dem ersten Kesselspeisewasservorwärmer wird der entstehende Wasserstrom in zwei Teilströme aufgeteilt und zu zwei weiteren Kesselspeisewasservorwärmer geschickt, von denen der erste, im Folgenden als Kesselspeisewasservorwärmer 1 bezeichnet, ebenfalls von Prozessgas zum Wärmeaustausch durchströmt und der zweite, im Folgenden als Kesselspeisewasservorwärmer 2 bezeichnet, von Rauchgas zum Wärmeaustausch durchströmt wird. Die in den beiden letztgenannten Kesselspeisewasservorwärmern erzeugten Wasserströme werden dann zur Dampferzeugung geleitet.
[0008] Nachteilig an diesem System ist, dass der Wärmeaustausch im Kesselspeisewasservorwärmer 1 , der von Prozessgas durchströmt wird, einem Pinch- Effekt unterworfen ist und dadurch der gewünschte Wärmetransfer nur in sehr begrenztem Maße stattfindet. Generell gilt, je größer die Menge an Kesselspeisewasser, die diese Einheit durchläuft, desto größer ist die Wärmeausbeute, die genutzt werden kann. Allerdings führt die Teilung des Wasserstroms, vor Durchlaufen des Kesselspeisewasservorwärmer 1 zu einer begrenzten Menge an Kesselspeisewasser, das diese Einheit durchläuft und somit ein merklicher Anteil der im Prozessgas enthaltenen Wärme über die Kühlstrecke, die in der Regel über Luftkühler realisiert wird, an die Umgebung abgegeben wird und damit ungenutzt verloren geht. Des Weiteren wird ein Teil der Wärme des Rauchgases für die Aufheizung des Kesselspeisewassers genutzt. Dieser Wärmeanteil des Rauchgases steht damit nicht mehr für die eigentliche Dampferzeugung zur Verfügung.
[0009] Ein weiterer Nachteil der Verschaltung der einzelnen Anlageteile in der US 2006/0231463 A1 ist, dass die Aufheizung des zu erhitzenden Wassers, das dann in die Wasseraufbereitungseinheit geschickt wird, über die im Prozessgas enthaltene Wärmemenge geschehen soll. Die Wasseraufbereitungseinheit besteht in der Regel aus einem Entgaser. Dieser wird meist quasi atmosphärisch oder bei leichtem Überdruck, typischerweise bei kleiner 5 bar (abs.), betrieben, um möglichst viel Sauerstoff und andere Gase aus dem Wasser zu entfernen. Konzeptionell ist die Temperatur des Wasser-Zulaufstroms dieser Wasseraufbereitungseinheit typischerweise auf 80° bis 95°C begrenzt. Technisch könnte der Wasser-Zulaufstrom über die im Prozessgas enthaltene Wärme aber auf eine Temperatur größer 100°C erhitzt werden. Daher muss hier eine zusätzliche Regeleinrichtung dafür sorgen, dass die Temperatur des Zulaufstroms der Wasseraufbereitungseinheit die Grenze von 95°C nicht überschreitet. Damit kann die Wärme des Prozessgases nicht vollständig genutzt werden und die enthaltene Restwärme wird letztendlich ungenutzt an die Umgebung abgegeben.
[0010] Die vorliegende Erfindung wurde vor dem Hintergrund des oben beschriebenen Stands der Technik entwickelt, wobei es Aufgabe der Erfindung ist ein Verfahren zur Prozessgaserzeugung zur Verfügung zu stellen, bei dem es nicht mehr zu den oben genannten Problemen bei der Wärmerückgewinnung aus der im Prozessgas enthaltenen Wärmemenge kommt und bei dem die Wärmerückgewinnung noch effizienter ausgestaltet ist. Ferner soll es Gegenstand der Erfindung sein, eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zu offenbaren.
[0011] Dies wird erreicht durch den Einsatz eines Verfahrens zur
Wärmeausnutzung bei der Dampfreformierung kohlenwasserstoffhaltiger Ausgangsstoffe mittels Dampf, in welchem in einem Dampfreformer ein Prozessgas erzeugt wird, das eine erste Wärmemenge enthält und ein Rauchgas, das eine zweite
Wärmemenge enthält, umfassend mindestens sechs Wärmetauscher, eine
Wasseraufbereitungseinheit, eine Kühlstrecke, eine
Hochtemperaturkonversionseinheit, mindestens zwei Einheiten zur Druckerhöhung, mindestens einen Verbraucher und mindestens eine Einheit zur weiteren Verarbeitung des resultierenden Prozessgases. Dabei passiert das generierte, die erste Wärmemenge enthaltende Prozessgas, zunächst die
Hochtemperaturkonversionseinheit, in der es größtenteils zu Kohlendioxid und Wasserstoff umgesetzt wird, wonach das resultierende Wärme-enthaltende Prozessgas zum weiteren Wärmetransfer in einen ersten Wärmetauscher geleitet wird, und im Folgenden mindestens zwei weitere Wärmetauscher durchläuft, die als Kesselspeisewasservorwärmer, Produktkondensatwärmetauscher oder Niederruckverdampfer betrieben werden, und die in beliebiger Abfolge in Reihe hintereinandergeschaltet sind, wobei das Prozessgas, das aus dem Niederdruckverdampfer resultiert zunächst in einen weiteren Kesselspeisewasservorwärmer geleitet wird, indem Wärmeenergie auf einen Teilstrom des Kesselspeisewassers aus der Wasseraufbereitungseinheit übertragen wird, wonach das resultierende Prozessgas die Kühlstrecke passiert, in der das Prozessgas weiter abgekühlt wird und ein Kondensatstrom erzeugt wird und abschließend durch mindestens eine Einheit zur weiteren Verarbeitung des resultierenden Prozessgas geleitet wird.
[0012] Des Weiteren wird ein Deionatstrom zum Erhitzen in einen zweiten Wärmetauscher geleitet. Der Deionatstrom aus dem zweiten Wärmetauscher wird zur Entgasung in die Wasseraufbereitungseinheit geleitet, der Kesselspeisewasserstrom aus der Wasseraufbereitungseinheit passiert eine Einheit zur Druckerhöhung und wird geteilt, wobei ein erster Teil des Kesselspeisewasserstromes in den
Niederdruckverdampfer geleitet wird, in dem ein Niederdruckdampf erzeugt wird, und der generierte Niederdruckdampf geteilt wird und ein erster Teilstrom des Niederdruckdampfes zur Wärmeübertragung in die Wasseraufbereitungseinheit geführt wird und ein zweiter Teilstrom des Niederdruckdampfes in mindestens einen Verbraucher geleitet wird. Dieser zweite Teilstrom des Niederdruckdampfes kann auch verwendet werden, um andere Einsatzmedien wie flüssige Einsatzstoffe vorzuwärmen oder für die Nutzung außerhalb der Anlage abgegeben werden. Ein zweiter Teil des Kesselspeisewassersstroms wird zum Zwecke des Energietransfers über den zweiten Wärmetauscher geleitet und anschließend zur Erhitzung mittels der im Prozessgas enthaltenen Wärmemenge einen oder mehrere Kesselspeisewasservorwärmer passiert und abschließend zur Dampferzeugung geleitet wird.
[0013] Die Wasseraufbereitungseinheit entgast das Deionat in wesentlichen Teilen von Sauerstoff im Deaerator. Anschließend können noch weitere Dosierungsmittel wie beispielsweise Ammoniak zur pH-Werteinstellung hinzugegeben werden. Das aus dieser Behandlung resultierende Produkt wird als Kesselspeisewasser bezeichnet. [0014] Der Kondensatstrom aus der Kühlstrecke wird zur Erhitzung mittels der im Prozessgas enthaltenen Wärmemenge über eine Einheit zur Druckerhöhung in den Produktkondensatwärmetauscher geleitet, wonach eine weitere Aufheizung des Kondensatstroms erfolgt.
[0015] Vorzugsweise durchläuft das Prozessgas aus dem ersten Wärmetauscher zunächst einen ersten Kesselspeisewasservorwärmer, indem Wärmeenergie auf einen Kesselspeisewasserstrom übertragen wird, danach einen
Produktkondensatwärmetauscher, in dem Wärmeenergie auf einen Kondensatstrom übertragen wird, und von dort aus wird das resultierende Prozessgas in den Niederdruckverdampfer geleitet, in dem mittels der enthaltenen Wärmemenge
Niedrigdruckdampf aus einem Kesselspeisewasserstrom erzeugt wird, um von dort die definierte Prozesskette weiter zu durchlaufen.
[0016] In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung durchläuft das Prozessgas aus dem ersten Wärmetauscher zunächst einen ersten Kesselspeisewasservorwärmer, indem Wärmeenergie auf einen Kesselspeisewasserstrom übertragen wird, danach wird es in den Niederdruckverdampfer geleitet, in dem mittels der enthaltenen Wärmemenge Niedrigdruckdampf aus einem Kesselspeisewasserstrom erzeugt wird, und das resultierende Prozessgas durchläuft von dort aus einen Produktkondensatwärmetauscher, in denen Wärmeenergie auf einen Kondensatstrom übertragen wird, um von dort die definierte Prozesskette weiter zu durchlaufen.
[0017] Vorteilhaft durchläuft das Prozessgas aus dem ersten Wärmetauscher zunächst einen Produktkondensatwärmetauscher, in dem Wärmeenergie auf einen Kondensatstrom übertragen wird, von dort aus durchläuft es den ersten Kesselspeisewasservorwärmer, indem Wärmeenergie auf einen Kesselspeisewasserstrom übertragen wird, und danach wird es in den
Niederdruckverdampfer geleitet, in dem mittels der enthaltenen Wärmemenge Niedrigdruckdampf aus einem Kesselspeisewasserstrom erzeugt wird, und anschließend durchläuft das resultierende Prozessgas die definierte Prozesskette weiter wie oben beschrieben. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung durchläuft das Prozessgas aus dem Produktkondensatwärmetauscher, zunächst den ersten Kesselspeisewasservorwärmer, in dem Wärmeenergie auf einen Kesselspeisewasserstrom übertragen wird, und wird danach durch einen weiteren Produktkondensatwärmetauscher geführt, bevor es in den Niederdruckverdampfer geleitet wird, von wo aus es die definierte Prozesskette weiter durchläuft. [0018] Eine weitere Möglichkeit der Ausgestaltung der Erfindung ist es, dass das Prozessgas aus dem ersten Wärmetauscher zunächst einen Produktkondensatwärmetauscher durchläuft, in dem Wärmeenergie auf einen Kondensatstrom sowie auf einen Teilstrom des Kesselspeisewasserstroms übertragen wird, von dort aus in den Niederdruckverdampfer geleitet wird, in dem mittels der enthaltenen Wärmemenge Niedrigdruckdampf aus einem Kesselspeisewasserstrom erzeugt wird, und das resultierende Prozessgas anschließend die definierte Prozesskette weiter durchläuft.
[0019] Optional wird das Prozessgas, das den ersten Wärmetauscher verlässt, zum weiteren Wärmetransfer in einen weiteren Kesselspeisewasservorwärmer geleitet, der mit einem weiteren Teilstrom, resultierend aus einer weiteren Teilung des zweiten Teils des Kesselspeisewasserstroms, der die Wasseraufbereitungseinheit, die Druckerhöhungseinheit und den zweiten Kesselspeisewasservorwärmer passiert hat, gespeist wird und der somit weiter erhitzt wird.
[0020] Vorzugsweise wird das Prozessgas, das den ersten Wärmetauscher und/oder den weiteren Kesselspeisewasservorwärmer verlässt, in eine Niedrigtemperaturkonvertierungseinheit geführt, in welcher Kohlendioxid und Wasserstoff gebildet wird, von wo aus es in einen der weiteren Wärmetauscher der definierten Prozesskette gelangt.
[0021] In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird das Prozessgas, das einen Wärmetauscher durchlaufen hat im Folgenden durch einen Separator geführt wird und ein entstehender Flüssigkeitsstrom wird vom Wärme-enthaltenden Prozessgas abgetrennt und mit dem Kondensatstrom aus der Kühlstrecke sowie aus weiteren Separatoren zusammengeführt und diese Mixtur wird über eine Einheit zur Druckerhöhung geführt und anschließend durch einen
Produktkondensatwärmetauscher zur Erhitzung mittels der im Prozessgas enthaltenen Wärme geleitet.
[0022] Optional ist es weiterhin zweckmäßig das Prozessgas zum weiteren Wärmetransfer durch weitere zusätzliche Wärmetauscher zu leiten, die jeweils vor und nach dem Durchlaufen des Niedrigdruckverdampfers in das Verfahren eingliedert sind.
[0023] Die entsprechende Vorrichtung zur Dampfreformierung kohlenwasserstoffhaltiger Ausgangsstoffe mittels Dampf, geeignet, ein Verfahren nach Anspruch 1 durchzuführen, enthaltend eine Apparateabfolge zur Durchströmung mit Prozessgas, umfassend eine Hochtemperaturkonversionseinheit, mindestens vier Wärmetauscher, eine Kühlstrecke, und mindestens eine Einheit zur weiteren Verarbeitung des resultierenden Prozessgases, wobei Überleitungen vorgesehen sind, die die einzelnen Vorrichtungen über deren Gasauslass und Gaseinlass zur Überleitung des Prozessgases miteinander verbinden.
[0024] Des Weiteren in der Vorrichtung zur Dampfreformierung sind enthalten, ein weiterer Wärmetauscher, eine Wasseraufbereitungseinheit, mindestens zwei Druckerhöhungseinheiten, mindestens einen Verbraucher, eine Vorrichtung zur Einleitung eines Deionatstroms in den weiteren Wärmetauscher, eine Vorrichtung zur Überführung des Deionatstroms aus dem weiteren Wärmetauscher in die Wasseraufbereitungseinheit, eine Vorrichtung zur Überführung des
Kesselspeisewasserstroms, der die Wasseraufbereitungseinheit verlässt, in die Einheit zur Druckerhöhung, eine Vorrichtung zur Teilung des Kesselspeisewasserstroms, der die Einheit zur Druckerhöhung verlässt, wobei eine erste Zuleitung zum Transport eines ersten Teils des Kesselspeisewasserstroms zum Niederdruckverdampfer vorgesehen ist und eine Ableitung des erzeugten Niederdruckdampfes vom
Niederdruckverdampfer vorgesehen ist, umfassend eine Vorrichtung zur Überführung eines ersten Teilstroms des erzeugten Niederdruckdampfes zur Wasseraufbereitungseinheit und eine weitere Vorrichtung zur Überführung eines zweiten Teilstroms des erzeugten Niederdruckdampfes in die weiteren Verbraucher, und eine zweite Zuleitung zum Transport des zweiten Teils des
Kesselspeisewasserstroms zum weiteren Wärmetauscher vorgesehen ist, und von dort eine Zuleitung zum zweiten Kesselspeisewasservorwärmer abgeleitet wird und von dort eine Ableitung zum ersten Kesselspeisewasservorwärmer oder zu einem Produktkondensatwärmetauscher und/oder direkt zur weiteren Dampferzeugung vorgesehen ist, und eine Vorrichtung zur Überleitung des Kondensatstroms aus der Kühlstrecke über eine Einheit zur Druckerhöhung in einen oder in mehrere Produktkondensatwärmetauscher vorgesehen ist.
[0025] Vorteilhaft umfasst die Apparateabfolge zur Durchströmung mit Prozessgas eine Reihenschaltung aus, einer Hochtemperaturkonversionseinheit, einen ersten Wärmetauscher, einen ersten Kesselspeisewasservorwärmer, einen
Produktkondensatwärmetauscher, einen Niederdruckverdampfer, einen zweiten Kesselspeisewasservorwärmer, eine Kühlstrecke und mindestens eine Einheit zur Verarbeitung des resultierenden Prozessgases, in der genannten Reihenfolge.
[0026] In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung umfasst die Apparateabfolge zur Durchströmung mit Prozessgas eine Reihenschaltung aus, einer Hochtemperaturkonversionseinheit, einen ersten Wärmetauscher, einen ersten Kesselspeisewasservorwärmer, einen Niedrigdruckverdampfer, einen Produktkondensatvorwärmer, einen zweiten Kesselspeisewasservorwärmer, eine Kühlstrecke und mindestens eine Einheit zur Verarbeitung des resultierenden Prozessgases, in der genannten Reihenfolge.
[0027] Optional umfasst die Apparateabfolge zur Durchströmung mit Prozessgas eine Reihenschaltung aus, einer Hochtemperaturkonversionseinheit, einen ersten Wärmetauscher, einen Produktkondensatwärmetauscher, einen ersten Kesselspeisewasservorwärmer, einen Niedrigdruckverdampfer, einen zweiten Kesselspeisewasservorwärmer, eine Kühlstrecke und mindestens eine Einheit zur Verarbeitung des resultierenden Prozessgases, in der genannten Reihenfolge.
[0028] Vorzugsweise umfasst die Apparateabfolge zur Durchströmung mit Prozessgas eine Reihenschaltung aus, einer Hochtemperaturkonversionseinheit, einen ersten Wärmetauscher, einen Produktkondensatwärmetauscher, einen Niedrigdruckverdampfer, einen zweiten Kesselspeisewasservorwärmer, eine Kühlstrecke und mindestens eine Einheit zur Verarbeitung des resultierenden
Prozessgases, in der genannten Reihenfolge, wobei eine Vorrichtung zur Überleitung eines ersten Teilstroms des Kesselspeisewasserstroms aus dem zweiten Kesselspeisewasservorwärmer in einen Produktkondensatwärmetauscher vorgesehen ist und eine weitere Vorrichtung zur Überführung des zweiten Teilstroms des Kesselspeisewasserstroms aus dem zweiten Kesselspeisewasservorwärmer direkt zur weiteren Dampferzeugung vorgesehen ist.
[0029] Eine weitere Möglichkeit der Ausgestaltung der Erfindung ist es, dass ein weiterer dritter Kesselspeisewasservorwärmer in der Apparateabfolge zur Durchströmung mit Prozessgas vorgesehen ist, dessen Gaseinlass mit dem Gasauslass des ersten Wärmetauschers verbunden ist und dessen Gasauslass mit dem Gaseinlass mit einer optionalen Niedertemperaturkonversionseinheit oder einem nachfolgenden Wärmetauscher verbunden ist, und in den eine Vorrichtung zur Überleitung eines weiteren Teilstroms des Kesselspeisewassers, das aus der Wasseraufbereitungseinheit und dem zweiten Kesselspeisewasservorwärmer stammt, mündet.
[0030] In einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung ist eine Niedertemperaturkonversionseinheit in der Apparateabfolge zur Durchströmung mit Prozessgas vorgesehen, deren Gaseinlass mit dem Gasauslass des ersten Wärmetauschers oder des weiteren dritten Kesselspeisewasservorwärmers verbunden ist und deren Gasauslass mit einem nachfolgenden Wärmetauscher verbunden ist. [0031] Vorteilhaft ist in der in der Apparateabfolge zur Durchströmung mit dem Prozessgas weitere Separatoren vorgesehen sind, deren Gaseinlass mit dem Gasauslass des jeweils vorangeschalteten Wärmetauschers verbunden ist, und deren Gasauslass mit dem in der Prozesskette jeweils nachfolgenden Wärmetauschers verbunden ist, und die jeweils eine Ableitung für die entstehende Flüssigkeit besitzen, die in die Vorrichtung zur Überleitung des Kondensatstroms aus der Kühlstrecke in einen Produktkondensatwärmetauscher mündet und über eine Druckerhöhungseinheit geführt wird.
[0032] In einer weiteren Ausführung der Erfindung ist der zweite Kesselspeisewasservorwärmer in einen Separator integriert, der optional mit weiteren Einbauten und/oder Packungen ausgestattet ist, und der mit einer Ableitung versehen ist, die das entstehende Prozesskondensat in die Vorrichtung zur Überleitung des Kondensatstroms aus der Kühlstrecke in einen Produktkondensatwärmetauscher transportiert.
[0033] Eine weitere Ausgestaltungsmöglichkeit der erfindungsgemäßen
Vorrichtung ist es, dass weitere zusätzliche Wärmetauscher in der Apparateabfolge zur Durchströmung mit dem Prozessgas vorgesehen sind.
[0034] Vorteilhaft ist es als Verbraucher, der zur Durchströmung mit Niederdruckdampf vorgesehen ist, eine Einheit zur Luftvorwärmung einzusetzen, um Umgebungsluft vorzuwärmen.
[0035] Zweckmäßig ist außerdem als Einheit zur weiteren Verarbeitung des resultierenden Prozessgases eine Druckwechseladsorptionseinheit oder eine Kühlbox vorzusehen.
[0036] Optional kann außerdem eine weitere Vorrichtung zur Teilung des zweiten Stroms des Niederdruckdampfes vorgesehen sein, so dass eine Zuleitung zur Luftvorwärmung und eine Zuleitung zu weiteren Verbrauchern vorgesehen sind.
[0037] Die Erfindung wird nachstehend beispielhaft anhand von sieben Figuren näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 : Eine erfindungsgemäße Verfahrensskizze des Prozesses zur
Wärmeausnutzung bei der Dampfreformierung kohlenwasserstoffhaltiger Ausgangsstoffe mittels Dampf. Fig. 2: Eine alternative Einbindung der in Fig. 1 dargestellten Wärmetauscher in das Verfahren zur Wärmeausnutzung bei der Dampfreformierung kohlenwasserstoffhaltiger Ausgangsstoffe mittels Dampf.
Fig. 3: Eine weitere vorteilhafte Verfahrensvariante zur Wärmeausnutzung bei der Dampfreformierung kohlenwasserstoffhaltiger Ausgangsstoffe mittels Dampf, bei der der Produktkondensatwärmetauscher vor dem ersten Kesselspeisewasservorwärmer mit Prozessgas durchlaufen wird.
Fig. 4: Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Verschaltung der eingesetzten
Wärmetauscher untereinander. Dabei besteht der Hauptunterschied zu Fig. 1 bis 3 darin, das auf den ersten Kesselspeisewasservorwärmer verzichtet wird.
Fig. 5: Eine ergänzende Darstellung zu Fig. 1 , indem verschiedene optionale
Elemente in den Prozess, wie ein dritter Kesselspeisewasserwärmer, eine Niedertemperaturkonversionseinheit, ein zusätzlicher optionaler Separator und ein Wärmetauscher, eingebunden werden.
Fig. 6: Eine zusätzliche Integration eines weiteren
Produktkondensatwärmetauschers in die Prozesskette nach Fig. 1.
Fig. 7A bis D: Graphische Darstellung der Temperaturabnahme des Prozessgases (gestrichelte Linie) und Aufheizverhalten der einzelnen Medien (durchgezogene Linie) durch den mit dem erfindungsgemäßen Verfahren verbundenen Energietransfer.
[0038] Fig. 1 zeigt eine Verfahrensskizze zur Wärmeausnutzung bei der Dampfreformierung kohlenwasserstoffhaltiger Ausgangsstoffe mittels Dampf, wobei das entstehende Wärme-enthaltende Prozessgas 1a zunächst eine Hochtemperaturkonversionseinheit 2 durchläuft, in der ein Teil des Kohlenmonoxids zu Kohlendioxid und Wasserstoff umgesetzt wird. Das resultierende Wärme-enthaltende Prozessgas 1b wird daraufhin zum weiteren Wärmetransfer in einen ersten Wärmetauscher 3 geleitet. Daraufhin durchläuft das Wärme-enthaltende Prozessgas 1c einen ersten Kesselspeisewasservorwärmer 4, wobei die enthaltene Wärme im Prozessgas auf vorgewärmtes Kesselspeisewasser 14e, das aus der Wasseraufbereitungseinheit 13 stammt und die Druckerhöhungseinheit 25, den Wärmetauscher 16 und den Kesselspeisewasservorwärmer 8 durchlaufen hat, übertragen wird. Dabei wird das Deionat 12a im Wärmetauscher 16 erhitzt und das erhitzte Deionat 12b wird zur Entgasung in die Wasseraufbereitungseinheit 13 geleitet. Die Vorwärmung des Deionats birgt den Vorteil, dass eine Seite des Wärmetauschers nur auf niedrige Drücke ausgelegt werden muss und eine teilweise Fertigung aus niedrig legiertem Stahl ausreichend ist, was zu einer Kostenersparnis führt. Daraus resultiert das Kesselspeisewasser 14a, das dann wie oben beschrieben entsprechend vorgewärmt wird. Der resultierende Kesselspeisewasserstrom 14f wird dann zur weiteren Prozessierung zur Dampferzeugung geleitet.
[0039] Das aus dem Kesselspeisewasservorwärmer 4 resultierende Wärme- enthaltende Prozessgas 1d wird nachfolgend in den Produktkondensatwärmetauscher 5 geleitet, in dem es an das Prozesskondensat 15a, das die Druckerhöhungseinheit 27 passiert hat und das aus der Kühlstrecke 10 stammt, Wärme abgibt. Das vorgewärmte Prozesskondensat 15b wird dann zur weiteren Erhitzung verwendet.
[0040] Das Prozesskondensat 15a wird in Abscheidern der Kühlstrecke 10 gewonnen, die sich beispielhaft aus einem Luftkühler und einem Wasserkühler zusammensetzt, und in einem Produktkondensatwärmetauscher 5 wieder aufgewärmt wird. Dieses Verfahren könnte in einem Kontaktapparat durchgeführt werden, der mit Wasser beaufschlagt wird, wobei durch Direktkühlung zumindest ein Teil des aus dem Prozessgas abzuscheidenden Wasserdampfes auskondensiert, das dann mit dem zur Kühlung verwendeten Wasser ausgeschieden wird. Durch Verwendung eines solchen Apparates würde das Prozesskondensat noch weiter vorgewärmt, was ein Vorteil wäre, da je höher die Vorwärmung des Prozesskondensats ist, desto mehr Wärme kann im Rauchgas für andere Medien und die Dampferzeugung genutzt werden.
[0041] Das aus dem Produktkondensatwärmetauscher 5 resultierende Wärme- enthaltende Prozessgas 1e wird nachfolgend in den Niederdruckverdampfer 6 geleitet, in dem die Wärme auf einen Teil des in der Wasseraufbereitungseinheit 13 generierten Kesselspeisewasserstroms 14c, das eine Druckerhöhung erfahren hat, übertragen wird. Der so erhaltene Niederdruckdampf 19a wird in einem ersten Teilstrom 19b wieder in die Wasseraufbereitungseinheit 13 zurückgeführt, während ein zweiter Teilstrom des erwärmten Kesselspeisewassers 19c in einen Verbraucher, hier in einen Luftvorwärmer 18 gespeist wird, der Umgebungsluft 17 erwärmt, die dann als Verbrennungsluft 20 weitere Verwendung findet.
[0042] Das Wärme-enthaltende Prozessgas 1f das aus dem Niedrigdruckverdampfer 6 resultiert wird anschließend dem Kesselspeisewasservorwärmer 8 zugeführt, indem der Teilstrom 14d des in der Wasseraufbereitungseinheit 13 generierten Kesselspeisewassers weiter vorgewärmt wird, bevor es in den Kesselspeisewasservorwärmer 4 überführt wird. Das aus dem Kesselspeisewasservorwärmer 8 resultierende Prozessgas 1g durchläuft dann in die Kühlstrecke 10, in der das Prozessgas weiter abgekühlt wird und ein Kondensatstrom erzeugt wird, und der Kondensatstrom 15a in den Produktkondensatwärmetauscher 5 geleitet wird. Abschließend durchläuft das auskondensierte Wärme-enthaltende Prozessgas 1h, die Einheit zur weiteren Verarbeitung des resultierenden Prozessgases 11, die beispielsweise eine Druckwechseladsorptionseinheit ist, in der der generierte Wasserstoff vom Prozessgas abgetrennt wird.
[0043] Fig. 2 stellt eine Verfahrensvariante zu Fig. 1 dar. Fig. 1 und Fig. 2 unterscheiden sich dadurch, dass das Wärme-enthaltende Prozessgas 1d, das den Kesselspeisewasservorwärmer 4 verlässt zunächst den Niederdruckverdampfer 6 und anschließend daran den Produktkondensatwärmeaustauscher 5 durchläuft. Die sonstige Verschaltung der einzelnen Apparate bleibt unbeeinflusst. Zu erwarten wäre allerdings eine bessere Energieausnutzung bei der in Fig. 1 gezeigten Variante.
[0044] Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist in Fig. 3 gezeigt. Ausgehend von Fig. 1 besteht der Unterschied darin, dass das Wärme-enthaltende Prozessgas 1c, das aus dem Wärmetauscher 3 resultiert zunächst den Produktkondensatwärmetauscher 5 durchläuft und daran anschließend durch den Kesselspeisewasservorwärmer 4 geleitet wird. Die sonstige Verschaltung der einzelnen Apparate bleibt unbeeinflusst und entspricht derjenigen in Fig. 1 gezeigten Apparateabfolge.
[0045] In Fig. 4 wird auf den Kesselspeisewasservorwärmer 4 komplett verzichtet. Hier wird das Wärme-enthaltende Prozessgas 1c, das aus dem Wärmetauscher 3 stammt in den Produktkondensatwärmetauscher 5 geleitet, von wo aus das resultierende Wärme-enthaltende Prozessgas 1d den Niederdruckverdampfer 6 gefolgt von dem Kesselspeisewasservorwärmer 8 durchläuft. Das im
Kesselspeisewasservorwärmer 8 erzeugte vorgewärmte Kesselspeisewasser 14e wird in diesem Beispiel geteilt und ein Teilstrom 14f wird zusammen mit dem Prozesskondensat 15a über den Produktkondensatwärmetauscher 5 gegeben, um dann einer weiteren Vorwärmung unterzogen zu werden. Der zweite Teilstrom 14g des vorgewärmten Kesselspeisewassers wird zur Dampferzeugung gegeben.
[0046] In Fig. 5 werden weitere optionale Apparate in die Verschaltung aufgenommen, die den Prozess positiv beeinflussen. Ausgegangen wird bei der Beschreibung und dem Aufzeigen von Unterschieden von Fig.1. Dabei wird das Wärme-enthaltende Prozessgas 1c aus dem Wärmetauscher 3 in einen zusätzlichen Kesselspeisewasservorwärmer 21 geleitet, der von einem weiteren Teilstrom 14g des Kesselspeisewasserstroms, der eine Vorwärmung im Kesselspeisewasservorwärmer 8 erfährt, gespeist wird. Das daraus resultierende erwärmte Kesselspeisewasser 14h wird ebenfalls zur Dampferzeugung geleitet und damit weiter genutzt. In dem in dieser Figur gezeigten Ausführungsbeispiel wird das resultierende Prozessgas aus dem
Kesselspeisewasservorwärmer 21 dann in eine Niedertemperaturkonversionseinheit 22 geleitet, in welcher Kohlenstoffdioxid und Wasserstoff gebildet wird. Das daraus resultierende Wärme-enthaltende Prozessgas 1e durchläuft anschließend, wie in Fig. 1 ausgeführt den Kesselspeisewasservorwärmer 4 und den Produktkondensatvorwärmer 5. Das aus dem Produktkondensatvorwärmer 5 resultierende Prozessgas 1g gelangt nachfolgend in einen Separator 23, in dem ein entstehendes Prozesskondensat 15c aus dem Prozessgas abgetrennt wird und zusammen mit den weiteren Prozesskondensatströmen als Prozesskondensat 15d über eine Einheit zur Druckerhöhung 27 in den Produktkondensatwärmetauscher 5 geleitet wird. Im Weiteren werden vom resultierenden Wärme-enthaltenden Prozessgas 1h der
Niederdruckverdampfer 6 und der Separator 7 durchlaufen. Der Kondensatstrom 15e aus dem Separator 7 wird ebenfalls zusammen mit den anderen aus dem Gesamtprozess resultierenden Kondensatströmen 15d in den Produktkondensatwärmetauscher 5 geleitet. Der aus dem Niederdruckverdampfer 6 resultierende Niederdruckdampf 19a wird in drei Teilströme aufgeteilt. Dabei wird
Teilstrom 19b des Niederdruckdampfes in die Wasseraufbereitungseinheit 13 geleitet, 19c in den Luftvorwärmer 18 und 19d in weitere Verbraucher 26. Nach dem Separator 7 wird dann ein weiterer Wärmetauscher 24 zum weiteren Energietransfer geschaltet. Daraufhin wird die in Fig. 1 beschriebene Prozesskette, die den Kesselspeisewasservorwärmer 8, die Kühlstrecke 10 und die
Druckwechseladsorptionseinheit 11 umfasst. Dabei ist in diesem Ausführungsbeispiel zwischen dem Kesselspeisewasservorwärmer 8 und der Kühlstrecke 10 ein weiterer Wärmetauscher 9 vorgesehen.
[0047] Fig. 6 zeigt eine weitere Variante von Fig. 1. Darin wird der Prozesskondensatstrom 15a, der aus der Kühlstrecke 10 stammt und über eine Einheit zur Druckerhöhung 27 über einen weiteren zusätzlichen Produktkondensatwärmetauscher 28 geleitet, bevor er den Produktkondensatwärmetauscher 5 passiert. Dies birgt den Vorteil, dass das Produktkondensat noch mehr Wärme aufnimmt, die im weiteren Prozess für die Erhitzung anderer Medien verwendet werden kann. [0048] Die in Fig. 5 zusätzlich eingefügten Apparate können wie in Fig.5 beschrieben kombiniert eingesetzt werden, aber auch als Einzelbestandteile in die jeweiligen Prozessketten integriert werden. Zudem kann als Grundlage dieser Apparateintegration nicht nur Fig. 1 dienen, sondern sämtliche Figuren können als Basis der Integration dienen. Daraus ist ersichtlich, dass der Prozess sehr viele Optionen bietet das jeweilige Verfahren auf die Einzelbedürfnisse eines Anlagenbetreibers anzupassen und die entsprechenden Anlagenteile auch in bestehende Anlagen einzugliedern. Außerdem besteht die Möglichkeit der Umsetzung dieser Verfahrensvarianten in Neuanlagen.
[0049] Bei geeigneter Dimensionierung könnte der Niederdruckverdampfer mit einer Sicherheitsreverse ausgestattet sein und im Falle einer Abschaltung das Prozessgas durch das Erzeugen und Abblasen von Niederdruckdampf kühlen. Der generierte Niederdruckdampf kann zusätzlich zur Luftvorwärmung und Wasseraufbereitung, wie oben beschrieben, auch beispielsweise für die Auskochung von CO2 in einer CO2-Prozessgaswäsche eingesetzt werden. Dabei beträgt die Temperatur des generierten Niederdruckdampfes maximal 2000C.
[0050] Im Folgenden soll anhand einiger Berechnungsbeispiele die verbesserte Energieausnutzung, die als Summe auf den Niederdruckdampf, Kesselspeisewasser und Kondensatströmen dargestellt ist, aufgezeigt werden. Dabei wird von einer im Stand der Technik typischen Verschaltung ausgegangen, bei der mit einer
Minimalausstattung an Apparaten gearbeitet wird und die in herkömmlichen Verfahren des Standes der Technik Anwendung findet. Dabei wird ausgehend von Fig. 1 auf den Niederdruckverdampfer 6 verzichtet, sowie auf den Kesselspeisewasservorwärmer 8, so dass der Kesselspeisewasserstrom 14d direkt in den Kesselspeisewasservorwärmer 4 geleitet wird. Wie drastisch die vorliegende Erfindung die Energieausnutzung im Vergleich zu dieser typischen Verschaltung positiv beeinflusst, soll anhand nachfolgender Tabelle gezeigt werden. Dabei werden einige der vorab erläuterten Figuren für die Berechungen zugrunde gelegt. Dabei wird davon ausgegangen, dass nach den ersten vier in Reihe geschalteten Wärmetauschern der Apparateabfolge zur Durchströmung mit Prozessgas ein Separator geschaltet ist. Es wird beispielhaft von einer Anlagenkapazität von 33455 Nm3/h Wasserstoff ausgegangen.
Daraus resultiert, dass die Verschaltungsvariante der Erfindung, die sich in Fig. 3 und Fig. 6 widerspiegelt, mit einer sehr hohen Energieausnutzung im Vergleich zur im Stand der Technik typischen Verschaltung einhergeht. So ist in diesen Fällen mit einem Zuwachs der Summe der Energieausnutzung von ca. 3270 kW zu rechnen, die in der typischen Verschaltungsvariante des Stands der Technik ungenutzt verloren gehen würde.
Die den Berechnungen zugrunde gelegten Bedingungen sind in Fig. 7A bis D als graphische Funktion von Temperatur und Energieausnutzung zu entnehmen. Dabei stellt die gestrichelte Linie die Temperaturabnahme des Prozessgases in Abhängigkeit der enthaltenen Energie dar, während die durchgezogene Linie das Aufheizverhalten der einzelnen Medien des Verfahrens darstellt. Die einzelnen Verfahrensstufen, die durch die Graphen wiedergegeben werden, werden durch die eingefügten Bezugszeichen, die in den restlichen Figuren 1 bis 6 ebenfalls verwendet wurden, widergespiegelt.
[0051] Vorteile, die sich aus der Erfindung ergeben:
verbesserte Energieausnutzung der Wärmemenge des Prozessgases
Die weitere Vorwärmung des Prozesskondensats in einem Produktkondensatwärmetauscher bewirkt, dass mehr Energie aus dem Rauchgas zur Erwärmung anderer Medien zur Verfügung steht und zur Dampferzeugung genutzt werden kann.
Nach dem Stand der Technik wird das Prozesskondensat im Rauchgaskanal bis zum Sieden vorgeheizt. Durch die in dieser Erfindung integrierte Vorwärmung des Prozesskondensats durch Prozessgas kann auf die herkömmliche Erhitzung im Rauchgaskanal verzichtet werden, was zu einer Vereinfachung des Verfahrenskonzeptes führt.
Das erfindungsgemäße Verfahren bietet den Vorteil, dass es in bestehende Anlagen integriert werden kann, die keinen Zugang zu Niederdruckdampf haben und sich diesen selbst aus wertvollem Hochdruckdampf erzeugen
Die Temperatur- und Druckbedingungen im Wärmetauscher 16 verhindern das Risiko von Dampfschlägen, wodurch sich die Betriebssicherheit verbessert.
Bezugszeichenliste
1a, 1 b, 1c, 1d, 1e, 1f, 1g, Wärme-enthaltendes Prozessgas 1 h, 1 i, 1j, 1k, 11, 1m, 1 n
2 Hochtemperaturkonversionseinheit
3 Wärmetauscher
4 Kesselspeisewasservorwärmer
5 Produktkondensatwärmetauscher
6 Niederdruckverdampfer
7 Separator
8 Kesselspeisewasservorwärmer
9 Wärmetauscher
10 Kühlstrecke
11 Druckwechseladsorptionseinheit 12a, 12b Deionat
13 Wasseraufbereitungseinheit 14a, 14b, 14c, 14d, 14e, Kesselspeisewasserstrom 14f, 14g, 14h, 14i 15a, 15b, 15c, 15d, 15e Prozesskondensat
16 Wärmetauscher
17 Umgebungsluft
18 Luftvorwärmer 19a, 19b, 19c, 19d Niederdruckdampf
20 Verbrennungsluft
21 Kesselspeisewasservorwärmer
22 Niedertemperaturkonversionseinheit
23 Separator
24 Wärmetauscher
25 Druckerhöhungseinheit
26 weitere Verbraucher
27 Einheit zur Druckerhöhung
28 Produktkondensatwärmetauscher

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Wärmeausnutzung bei der Dampfreformierung kohlenwasserstoffhaltiger Ausgangsstoffe mittels Dampf, in welchem in einem Dampfreformer ein Prozessgas erzeugt wird, das eine erste Wärmemenge enthält und ein Rauchgas, das eine zweite Wärmemenge enthält, umfassend
• mindestens sechs Wärmetauscher, eine Wasseraufbereitungseinheit, eine Kühlstrecke, eine Hochtemperaturkonversionseinheit, mindestens zwei Einheiten zur Druckerhöhung, mindestens einen Verbraucher und mindestens eine Einheit zur weiteren Verarbeitung des resultierenden Prozessgases wobei,
• das generierte, die erste Wärmemenge enthaltende Prozessgas, zunächst die Hochtemperaturkonversionseinheit passiert, in der es größtenteils zu Kohlendioxid und Wasserstoff umgesetzt wird, wonach das resultierende Wärme-enthaltende Prozessgas zum weiteren Wärmetransfer in einen ersten Wärmetauscher geleitet wird, und im Folgenden mindestens zwei weitere Wärmetauscher durchläuft, die als Kesselspeisewasservorwärmer, Produktkondensatwärmetauscher oder Niederruckverdampfer betrieben werden, und die in beliebiger Abfolge in Reihe hintereinandergeschaltet sind, wobei das Prozessgas, das aus dem Niederdruckverdampfer resultiert zunächst in einen weiteren Kesselspeisewasservorwärmer geleitet wird, indem Wärmeenergie auf einen Teilstrom des Kesselspeisewassers aus der Wasseraufbereitungseinheit übertragen wird, wonach das resultierende Prozessgas die Kühlstrecke passiert, in der das Prozessgas weiter abgekühlt wird und ein Kondensatstrom erzeugt wird und abschließend durch mindestens eine Einheit zur weiteren Verarbeitung des resultierenden Prozessgas geleitet wird,
• ein Deionatstrom zum Erhitzen in einen zweiten Wärmetauscher geleitet wird, der Deionatstrom aus dem zweiten Wärmetauscher zur Entgasung in die Wasseraufbereitungseinheit geleitet wird, der Kesselspeisewasserstrom aus der Wasseraufbereitungseinheit eine Einheit zur Druckerhöhung passiert und geteilt wird, wobei
• ein erster Teil des Kesselspeisewasserstromes in den
Niederdruckverdampfer geleitet wird, in dem ein Niederdruckdampf erzeugt wird, und der generierte Niederdruckdampf geteilt wird und ein erster Teilstrom des Niederdruckdampfes zur Wärmeübertragung in die Wasseraufbereitungseinheit geführt wird und ein zweiter Teilstrom des Niederdruckdampfes in mindestens einen Verbraucher geleitet wird, und
• ein zweiter Teil des Kesselspeisewassersstroms zum Zwecke des Energietransfers über den zweiten Wärmetauscher geleitet wird, anschließend zur Erhitzung mittels der im Prozessgas enthaltenen Wärmemenge einen oder mehrere Kesselspeisewasservorwärmer passiert und anschließend zur Dampferzeugung geleitet wird, • der Kondensatstrom aus der Kühlstrecke zur Erhitzung mittels der im
Prozessgas enthaltenen Wärmemenge über eine Einheit zur Druckerhöhung in den Produktkondensatwärmetauscher geleitet wird, wonach eine weitere
Aufheizung erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Prozessgas aus dem ersten Wärmetauscher zunächst einen ersten Kesselspeisewasservorwärmer durchläuft, indem Wärmeenergie auf einen Kesselspeisewasserstrom übertragen wird, danach einen Produktkondensatwärmetauscher durchläuft, in dem Wärmeenergie auf einen Kondensatstrom übertragen wird, und von dort aus das resultierende Prozessgas in den Niederdruckverdampfer geleitet wird, in dem mittels der enthaltenen Wärmemenge Niedrigdruckdampf aus einem Kesselspeisewasserstrom erzeugt wird, um von dort die definierte Prozesskette weiter zu durchlaufen.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Prozessgas aus dem ersten Wärmetauscher zunächst einen ersten Kesselspeisewasservorwärmer durchläuft, indem Wärmeenergie auf einen Kesselspeisewasserstrom übertragen wird, danach in den Niederdruckverdampfer geleitet wird, in dem mittels der enthaltenen Wärmemenge Niedrigdruckdampf aus einem Kesselspeisewasserstrom erzeugt wird, und das resultierende Prozessgas von dort aus einen oder Produktkondensatwärmetauscher durchläuft, in denen Wärmeenergie auf einen Kondensatstrom übertragen wird, um von dort aus dann die definierte Prozesskette weiter zu durchlaufen.
4. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Prozessgas aus dem ersten Wärmetauscher zunächst einen
Produktkondensatwärmetauscher durchläuft, in dem Wärmeenergie auf einen Kondensatstrom übertragen wird, von dort aus den ersten Kesselspeisewasservorwärmer durchläuft, indem Wärmeenergie auf einen Kesselspeisewasserstrom übertragen wird, und danach in den Niederdruckverdampfer geleitet wird, in dem mittels der enthaltenen Wärmemenge Niedrigdruckdampf aus einem Kesselspeisewasserstrom erzeugt wird, und das resultierende Prozessgas anschließend die definierte Prozesskette weiter durchläuft.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Prozessgas aus dem Produktkondensatwärmetauscher, zunächst den ersten Kesselspeisewasservorwärmer durchläuft, in dem Wärmeenergie auf einen Kesselspeisewasserstrom übertragen, wird, und danach durch einen weiteren Produktkondensatwärmetauscher geführt wird, bevor es in den Niederdruckverdampfer geleitet wird, von wo aus es die definierte Prozesskette weiter durchläuft.
6. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Prozessgas aus dem ersten Wärmetauscher zunächst einen
Produktkondensatwärmetauscher durchläuft, in dem Wärmeenergie auf einen Kondensatstrom sowie auf einen Teilstrom des Kesselspeisewasserstroms übertragen wird, von dort aus in den Niederdruckverdampfer geleitet wird, in dem mittels der enthaltenen Wärmemenge Niedrigdruckdampf aus einem Kesselspeisewasserstrom erzeugt wird, und das resultierende Prozessgas anschließend die definierte Prozesskette weiter durchläuft.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Prozessgas, das den ersten Wärmetauscher verlässt, zum weiteren Wärmetransfer in einen weiteren Kesselspeisewasservorwärmer geleitet wird, der mit einem weiteren Teilstrom, resultierend aus einer weiteren Teilung des zweiten Teils des Kesselspeisewasserstroms, der die Wasseraufbereitungseinheit, die Druckerhöhungseinheit und den zweiten Kesselspeisewasservorwärmer passiert hat, gespeist wird und der somit weiter erhitzt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Prozessgas, das den ersten Wärmetauscher und/oder den weiteren Kesselspeisewasservorwärmer verlässt, in eine Niedrigtemperaturkonvertierungseinheit geführt wird, in welcher Kohlendioxid und Wasserstoff gebildet wird, von wo aus es in einen der weiteren Wärmetauscher der definierten Prozesskette gelangt.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Prozessgas, das einen Wärmetauscher durchlaufen hat im Folgenden durch einen Separator geführt wird und ein entstehender Flüssigkeitsstrom vom Wärme-enthaltenden Prozessgas abgetrennt wird und mit dem Kondensatstrom aus der Kühlstrecke sowie aus weiteren Separatoren zusammengeführt wird und diese Mixtur über eine Einheit zur Druckerhöhung geführt wird und anschließend durch einen Produktkondensatwärmetauscher zur Erhitzung mittels der im Prozessgas enthaltenen Wärme geleitet wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Prozessgas zum weiteren Wärmetransfer durch weitere zusätzliche Wärmetauscher geleitet wird, die jeweils vor und nach dem Durchlaufen des Niedrigdruckverdampfers in das Verfahren eingegliedert sind.
11. Vorrichtung zur Dampfreformierung kohlenwasserstoffhaltiger Ausgangsstoffe mittels Dampf, geeignet, ein Verfahren nach Anspruch 1 durchzuführen, enthaltend eine Apparateabfolge zur Durchströmung mit Prozessgas, umfassend
• eine Hochtemperaturkonversionseinheit,
• mindestens vier Wärmetauscher,
• eine Kühlstrecke, und
• mindestens eine Einheit zur weiteren Verarbeitung des resultierenden Prozessgases wobei
Überleitungen vorgesehen sind, die die einzelnen Vorrichtungen über deren
Gasauslass und Gaseinlass zur Überleitung des Prozessgases miteinander verbinden, und weiter enthaltend
• einen weiteren Wärmetauscher,
• eine Wasseraufbereitungseinheit,
• mindestens zwei Druckerhöhungseinheiten,
• mindestens einen weiteren Verbraucher,
• eine Vorrichtung zur Einleitung eines Deionatstroms in den weiteren Wärmetauscher, • eine Vorrichtung zur Überführung des Deionatstroms aus dem weiteren Wärmetauscher in die Wasseraufbereitungseinheit,
• eine Vorrichtung zur Überführung des Kesselspeisewasserstroms, der die Wasseraufbereitungseinheit verlässt, in die Einheit zur Druckerhöhung,
• eine Vorrichtung zur Teilung des Kesselspeisewasserstroms, der die Einheit zur Druckerhöhung verlässt, wobei
• eine erste Zuleitung zum Transport eines ersten Teils des Kesselspeisewasserstroms zum Niederdruckverdampfer vorgesehen ist und eine Ableitung des erzeugten Niederdruckdampfes vom Niederdruckverdampfer vorgesehen ist, umfassend eine Vorrichtung zur Überführung eines ersten Teilstroms des erzeugten Niederdruckdampfes zur Wasseraufbereitungseinheit und eine weitere Vorrichtung zur Überführung eines zweiten Teilstroms des erzeugten Niederdruckdampfes in die weiteren Verbraucher, und
• eine zweite Zuleitung zum Transport des zweiten Teils des Kesselspeisewasserstroms zum weiteren Wärmetauscher vorgesehen ist, und von dort eine Zuleitung zum zweiten Kesselspeisewasservorwärmer abgeleitet wird und von dort eine Ableitung zum ersten Kesselspeisewasservorwärmer oder zu einem oder mehreren Produktkondensatwärmetauscher und/oder direkt zur weiteren Dampferzeugung vorgesehen ist, und
• eine Vorrichtung zur Überleitung des Kondensatstroms aus der Kühlstrecke über eine Einheit zur Druckerhöhung in einen oder in mehrere Produktkondensatwärmetauscher vorgesehen ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Apparateabfolge zur Durchströmung mit Prozessgas eine Reihenschaltung aus, einer Hochtemperaturkonversionseinheit, einen ersten Wärmetauscher, einen ersten Kesselspeisewasservorwärmer, einen Produktkondensatwärmetauscher, einen Niederdruckverdampfer, einen zweiten Kesselspeisewasservorwärmer, eine Kühlstrecke und mindestens eine Einheit zur Verarbeitung des resultierenden Prozessgases , in der genannten Reihenfolge, umfasst.
13. Vorrichtung nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Apparateabfolge zur Durchströmung mit Prozessgas eine Reihenschaltung aus, einer Hochtemperaturkonversionseinheit, einen ersten Wärmetauscher, einen ersten Kesselspeisewasservorwärmer, einen Niedrigdruckverdampfer, einen Produktkondensatvorwärmer, einen zweiten Kesselspeisewasservorwärmer, eine Kühlstrecke und mindestens eine Einheit zur Verarbeitung des resultierenden Prozessgases, in der genannten Reihenfolge, umfasst.
14. Vorrichtung nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Apparateabfolge zur Durchströmung mit Prozessgas eine Reihenschaltung aus, einer Hochtemperaturkonversionseinheit, einen ersten Wärmetauscher, einen Produktkondensatwärmetauscher, einen ersten Kesselspeisewasservorwärmer, einen Niedrigdruckverdampfer, einen zweiten Kesselspeisewasservorwärmer, eine Kühlstrecke und mindestens eine Einheit zur Verarbeitung des resultierenden Prozessgases, in der genannten Reihenfolge, umfasst.
15. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Apparateabfolge zur Durchströmung mit Prozessgas eine Reihenschaltung aus, einer Hochtemperaturkonversionseinheit, einen ersten Wärmetauscher, einen Produktkondensatwärmetauscher, einen Niedrigdruckverdampfer, einen zweiten Kesselspeisewasservorwärmer, einen zweiten Wärmetauscher, eine Kühlstrecke und mindestens eine Einheit zur Verarbeitung des resultierenden Prozessgases, in der genannten Reihenfolge, umfasst, wobei eine Vorrichtung zur Überleitung eines ersten Teilstroms des Kesselspeisewasserstroms aus dem zweiten Kesselspeisewasservorwärmers in einen Produktkondensatwärmetauscher vorgesehen ist und eine weitere Vorrichtung zur Überführung des zweiten Teilstroms des Kesselspeisewasserstroms aus dem zweiten Kesselspeisewasservorwärmers direkt zur weiteren Dampferzeugung vorgesehen ist.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüchel 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiterer dritter Kesselspeisewasservorwärmer in der Apparateabfolge zur Durchströmung mit Prozessgas vorgesehen ist, dessen Gaseinlass mit dem Gasauslass des ersten Wärmetauschers verbunden ist und dessen Gasauslass mit dem Gaseinlass mit einer optionalen Niedertemperaturkonversionseinheit oder einem nachfolgenden Wärmetauscher verbunden ist, und in den eine Vorrichtung zur Überleitung eines weiteren Teilstroms des Kesselspeisewassers, das aus der Wasseraufbereitungseinheit und dem zweiten Kesselspeisewasservorwärmer stammt, mündet.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass eine Niedertemperaturkonversionseinheit in der Apparateabfolge zur Durchströmung mit Prozessgas vorgesehen ist, deren Gaseinlass mit dem Gasauslass des ersten Wärmetauschers oder des weiteren dritten Kesselspeisewasservorwärmers verbunden ist und deren Gasauslass mit einem nachfolgenden Wärmetauscher verbunden ist.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass weitere Separatoren in der Apparateabfolge zur Durchströmung mit dem Prozessgas vorgesehen sind, deren Gaseinlass mit dem Gasauslass des jeweils vorangeschalteten Wärmetauschers verbunden ist, und deren Gasauslass mit dem in der Prozesskette jeweils nachfolgenden Wärmetauschers verbunden ist, und die jeweils eine Ableitung für die entstehende Flüssigkeit besitzen, die in die Vorrichtung zur Überleitung des Kondensatstroms aus der Kühlstrecke in einen Produktkondensatwärmetauscher mündet und über eine Druckerhöhungseinheit geführt wird.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Kesselspeisewasservorwärmer in einen Separator integriert ist, der optional mit weiteren Einbauten und/oder Packungen ausgestattet ist, und der mit einer Ableitung versehen ist, die das entstehende Prozesskondensat in die Vorrichtung zur Überleitung des Kondensatstroms aus der Kühlstrecke in einen Produktkondensatwärmetauscher transportiert.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass weitere zusätzliche Wärmetauscher in der Apparateabfolge zur Durchströmung mit dem Prozessgas vorgesehen sind.
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass als Verbraucher, der zur Durchströmung mit Niederdruckdampf vorgesehen ist, eine Einheit zur Luftvorwärmung eingesetzt wird, um Umgebungsluft vorzuwärmen.
22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 21 dadurch gekennzeichnet, dass als Einheit zur weiteren Verarbeitung des resultierenden Prozessgases eine Druckwechseladsorptionseinheit oder eine Kühlbox vorgesehen ist.
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