带氨合成回路中的工艺气体的集成式蒸汽发生器和过热器的制作方法

本申请涉及在氨合成装置中进行热回收和蒸汽生成，更具体地涉及一种集成式蒸汽发生器/蒸汽过热器。

背景技术：

1、氨是在大量放热的催化反应中由氮(n2)与氢(h2)反应制成。氢作为主要是氢气和氮气的混合物的合成气(又称合成气体)的组分被提供给该反应。来自氨合成反应的热反应流出物(在本文被称为工艺气体)包括氨和未反应的合成气体。工艺气体是分阶段冷却的。第一阶段可能涉及通过将工艺气体暴露于过热蒸汽(生成蒸汽)和/或锅炉给水(bfw)来冷却工艺气体。这些热交换阶段既用于冷却工艺气体又从系统中回收有价值的热量，例如，通过生成和/或过热可在装置内使用的例如用以驱动蒸汽涡轮机、压缩机、泵等的蒸汽。工艺气体可以通过在反应器进料预热单元中进行热交换、接下来通过额外的水冷、将制冷剂冷却到-33摄氏度(℃)左右的温度而进一步冷却，这使得工艺气体中的氨可以被冷凝和还原。贯穿整个工艺的不同阶段回收的未反应的合成气体成分可以被再循环到合成氨反应器中，允许进行连续的工艺循环。

2、为了回收由放热反应生成的最大热量，最好是从热交换过程生成过热的中压蒸汽。过热蒸汽是有利的，因为它有更大的做功能力(即生成更大的能量)，并且不太可能在传输管中冷凝。因此，存在对用于生成过热蒸汽的热回收系统的需求。

技术实现思路

1、本文公开的是一种集成式蒸汽发生器/蒸汽过热器设备，包括：与蒸汽发生器部段集成在一起的蒸汽过热器部段，其中，蒸汽过热器部段包括过热器腔室，该腔室含有一根或多根第一换热管，并被构造成使过热器腔室内的工艺气体过热包含在一根或多根第一换热管中的蒸汽然后进入蒸汽发生器部段，其中，蒸汽发生器部段包括蒸汽发生器腔室，该蒸汽发生器腔室含有包括多根第二换热管组成的管排，并被构造成使来自蒸汽过热器部段的工艺气体进入多个第二换热管，并通过将热量传递给包含在蒸汽发生器腔室内的水而生成蒸汽，并且其中该设备被构造为使蒸汽发生器部段中生成的蒸汽通过位于两者之间的蒸汽包提供给蒸汽过热器部段的一根或多根第一换热管。根据一些实施方案，该管排包括至少一百根第二换热管。根据一些实施方案，该设备进一步包括连接蒸汽过热器部段和蒸汽发生器部段的第一分流管。根据一些实施方案，该设备进一步包括总管并构造为使包含在多根第二换热管内的工艺气体通过第二分流管进到总管。根据一些实施方案，蒸汽包被构造成通过第一入口接收锅炉给水(bfw)，并通过一根或多根下降管将bfw供应给蒸汽发生器腔室。根据一些实施方案，蒸汽包被构造成通过一根或多根上升管接收蒸汽发生器腔室中生成的蒸汽。

2、本文还公开了一种使用集成式蒸汽发生器/蒸汽过热器设备生成过热蒸汽的方法，该设备包括与蒸汽发生器部段集成的蒸汽过热器部段，其中蒸汽过热器部段包括过热器腔室，该过热器腔室含有一根或多根第一换热管，而其中蒸汽发生器部段包括蒸汽发生器腔室，该蒸汽发生器腔室含有包括多根第二换热管的管排，该方法包括：在过热器腔室内接收工艺气体，并使工艺气体过热包含在一根或多根第一换热管内的蒸汽；从一根或多根换热管获得过热蒸汽；使工艺气体从过热器腔室进入多根第二换热管，并使工艺气体在蒸汽发生器腔室内由包含在蒸汽发生器腔室内的锅炉给水(bfw)生成蒸汽，并通过位于两者之间的蒸汽包将在蒸汽发生器腔室内生成的蒸汽提供给一根或多根第一换热管。根据一些实施方案，该工艺气体是氨合成反应的流出物。根据一些实施方案，该工艺气体包括氮、氢、一氧化碳和氨。根据一些实施方案，在过热器腔室内接收的工艺气体具有427至482℃的初始温度。根据一些实施方案，过热蒸汽具有320至400℃的温度。根据一些实施方案，通过位于两者之间的蒸汽包提供给一根或多根第一换热管的蒸汽具有250至260℃的温度。根据一些实施方案，该方法进一步包括使工艺气体从多根第二换热管进到总管，并从总管获得工艺气体。根据一些实施方案，从总管中获得的工艺气体具有370至300℃的温度。根据一些实施方案，该方法进一步包括向位于两者之间的蒸汽包提供bfw。根据一些实施方案，提供给位于两者之间的蒸汽包的bfw具有200至226℃的温度。根据一些实施方案，该方法进一步包括将来自位于两者之间的蒸汽包的bfw提供给蒸汽发生器腔室。

3、本文还公开了一种生成氨的方法，该方法包括：使合成气体与氮进行反应以制备出包含氨和未反应的合成气体的流出的工艺气体，使用集成式蒸汽发生器/蒸汽过热器设备以冷却工艺气体并生成过热蒸汽，进一步冷却被冷却的工艺气体，并从进一步冷却的工艺气体中分离出氨，其中集成式蒸汽发生器/蒸汽过热器设备包括与蒸汽发生器部段集成在一起的蒸汽过热器部段，其中蒸汽过热器部段包括过热器腔室，该过热器腔室含有一根或多根第一换热管，而其中蒸汽发生器部段包括蒸汽发生器腔室，该蒸汽发生器腔室含有包括多根第二换热管的管排，且其中使用集成式蒸汽发生器/蒸汽过热器设备以冷却工艺气体并生成过热蒸汽，包括：在过热器腔室内接收工艺气体，并允许工艺气体过热包含在一根或多根第一换热管内的蒸汽，从一根或多根换热管获得过热蒸汽，使工艺气体从过热器腔室进入多根第二换热管，并使工艺气体在蒸汽发生器腔室内由蒸汽发生器腔室内包含的锅炉给水(bfw)生成蒸汽，并通过位于两者之间的蒸汽包将蒸汽发生器腔室内生成的蒸汽提供给一根或多根第一换热管。根据一些实施方案，在过热器腔室内接收的工艺气体具有427至482℃的初始温度。根据一些实施方案，过热蒸汽具有320至400℃的温度。

技术特征：

1.一种集成式蒸汽发生器/蒸汽过热器设备，包括：

2.根据权利要求1所述的设备，其中所述管排包括至少一百根第二换热管。

3.根据权利要求1或2所述的设备，进一步包括连接所述蒸汽过热器部段和所述蒸汽发生器部段的第一分流管。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的设备，进一步包括总管，并构造为使包含在多根第二换热管内的工艺气体通过第二分流管进入所述总管。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的设备，其中所述蒸汽包被构造成通过第一入口接收锅炉给水(bfw)，并通过一根或多根下降管将锅炉给水供应至所述蒸汽发生器腔室。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的设备，其中所述蒸汽包被构造成通过一根或多根上升管接收在所述蒸汽发生器腔室中生成的蒸汽。

7.一种使用集成式蒸汽发生器/蒸汽过热器设备生成过热蒸汽的方法，该集成式蒸汽发生器/蒸汽过热器设备包括与蒸汽发生器部段集成在一起的蒸汽过热器部段，其中

8.根据权利要求7所述的方法，其中所述工艺气体是氨合成反应的流出物。

9.根据权利要求8所述的方法，其中所述工艺气体包括氮气、氢气、一氧化碳和氨。

10.根据权利要求7-9中任一项所述的方法，其中在所述过热器腔室内接收的工艺气体具有427至482摄氏度的初始温度。

11.根据权利要求7-10中任一项所述的方法，其中所述过热蒸汽具有320至400摄氏度的温度。

12.根据权利要求7-11中任一项所述的方法，其中通过位于两者之间的蒸汽包提供给一根或多根第一换热管的蒸汽的温度为250至260摄氏度。

13.根据权利要求7-12中任一项所述的方法，进一步包括使所述工艺气体从多根第二换热管进到总管，并从所述总管获得所述工艺气体。

14.根据权利要求13所述的方法，其中从所述总管获得的所述工艺气体具有370至300摄氏度的温度。

15.权利要求7-14中任何一项所述的方法，进一步包括向位于两者之间的蒸汽包提供锅炉给水。

16.根据权利要求15所述的方法，其中提供给位于两者之间的所述蒸汽包的锅炉给水具有200至226摄氏度的温度。

17.根据权利要求7-16中任一项所述的方法，进一步包括将来自位于两者之间的所述蒸汽包的锅炉给水提供给所述蒸汽发生器腔室。

18.一种生成氨的方法，所述方法包括：

19.根据权利要求18所述的方法，其中在所述过热器腔室内接收的工艺气体具有427至482摄氏度的初始温度。

20.根据权利要求18或19所述的方法，其中所述过热蒸汽的温度为320至400摄氏度。

技术总结本发明公开了一种集成式蒸汽发生器/蒸汽过热器装置。所公开的设备可用于在诸如为合成氨工艺的工艺中以冷却合成氨转化器流出的工艺气体并生成过热蒸汽。该集成式设备包括蒸汽过热器部段，其中热的工艺气体被用于通过将热传递至饱和蒸汽生成过热蒸汽。该设备还包括蒸汽发生器部段，其中工艺气体用于通过将热传递至水来生成饱和蒸汽。过热器和蒸汽发生器两者都被集成到单个单元中，而无须位于两者之间的管道等物，从而节省了空间和设备。技术研发人员：X·林,S·詹受保护的技术使用者：凯洛格·布朗及鲁特有限公司技术研发日：技术公布日：2024/1/13