專利名稱：冷卻熱煙氣流的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提供了冷卻包含水蒸汽和二氧化碳的熱煙氣流的方法，特 別是來自蒸汽甲烷重整器的熱煙氣流，更特別但并非唯一地是來自費-托工藝中所用的蒸汽曱烷重整器的熱煙氣流。
技術(shù)背景費-托工藝可以用于將烴質(zhì)原料轉(zhuǎn)化為液態(tài)和/或固態(tài)烴。該原料 (例如天然氣、伴生氣和/或煤層甲烷、殘余(粗)油餾分或煤)在氣化器 中(任選與重整單元相結(jié)合)轉(zhuǎn)化為氫氣和一氧化碳的混合物。該混合 物通常稱作合成氣體或合成氣。然后將該合成氣進料到費-托反應(yīng)器中，在其中在一個步驟中經(jīng)適合的催化劑在高溫和高壓下轉(zhuǎn)化為范圍為甲烷到包含最多200個碳原 子或者在特定情況下甚至更多個碳原子的高分子量化合物的鏈烷烴化 合物。費-托反應(yīng)器中生成的烴通常進入加氫單元，任選地進入加氫異構(gòu) 化/加氫裂化單元，然后進入蒸餾單元。氣化器產(chǎn)生的氫氣與 一氧化碳之比通常小于費-托反應(yīng)器中優(yōu)選 的最佳比值。可以通過例如將曱烷和蒸汽轉(zhuǎn)化為氫氣一氧化碳之比為 約5:1-7:1的合成氣的蒸汽甲烷重整器(SMR)來提高氣化器合成氣中 的氫氣濃度。該SMR合成氣可以用于在來自氣化器的合成氣進入費-托反應(yīng)器之前提高其相對氫氣含量。通常，SMR還為用于與費-托工藝 集成或相關(guān)的其它單元或工藝(例如加氫單元)提供足夠的氫氣。該蒸汽重整反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，該反應(yīng)所需的熱量通常由燃料氣體 燃燒提供。由此生成燃燒廢氣或煙氣。由蒸汽曱烷重整器或燃氣輪機 生成的煙氣通常包含水蒸汽、二氧化碳、 一氧化碳、氮氣、任選的少 量C2-C6烴和其它氣體?？梢詮脑摕煔庵袑⒏鹘M分特別是二氧化碳分離出來用于后面的隔離。在現(xiàn)有技術(shù)中，描述了很多用于從煙氣或燃燒廢氣中分離二氧化碳的方法。例如在EP551876中描述了用于從離開鍋爐的燃燒廢氣中除 去并回收二氧化碳的方法。EP551876中的方法旨在減少由于二氧化碳 的回收導(dǎo)致的總發(fā)電效率的降低。在分離二氧化碳或其它組分之前，通常使用水冷卻該煙氣。該冷 卻方法導(dǎo)致水蒸發(fā)，因此必須連續(xù)添加純的補充水。補充水的供應(yīng)為 該方法增加了成本，特別是在水的獲得有限的炎熱氣候中。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的一個目的是降低用于冷卻熱煙氣的方法中水的消耗。 因此，本發(fā)明提供了用于冷卻包含水蒸汽和二氧化碳的熱煙氣流 的方法，該方法包括(a) 在熱煙氣流和冷卻水流之間進行換熱，使熱煙氣流冷卻為在其 溫度下其中至少部分水蒸汽冷凝的冷卻氣流，和使冷卻水流升溫；(b) 將冷凝的水蒸汽和冷卻水流混合，得到混合水流；(c) 使冷卻氣流與混合水流分離；(d) 通過與來自大氣中的空氣接觸以及通過蒸發(fā)部分混合水流，冷 卻該混合水流；(e) 使用混合水流中任意未蒸發(fā)的且經(jīng)過冷卻的水的至少一部分 作為在步驟(a)中用于冷卻熱煙氣流的冷卻水流的至少一部分；和(f) 將步驟(e)中未使用的混合水流的任意未蒸發(fā)的且經(jīng)過冷卻的 水儲存起來，以及隨后使用該儲存水作為步驟(a)中冷卻水流的至少一 部分。使用本發(fā)明的方法，在空氣溫度相對較低時(例如在夜晚)，可以 得到多余的未蒸發(fā)的水并將其儲存，當(dāng)空氣溫度相對較高時(例如在白 天)可以將其使用。因此本發(fā)明提供的方法節(jié)省了水的消耗，這在炎熱氣候中是特別有用的。


在圖1中，示出了用于蒸汽曱烷重整煙氣的冷卻回路的流程圖。
具體實施方式
在本發(fā)明的方法的步驟(a)中，通過熱煙氣流和冷卻水流之間的換 熱，使該熱煙氣流冷卻為在其溫度下至少部分其中的水蒸汽冷凝的冷 卻氣流，和使冷卻水流升溫。該熱煙氣流可以是任意煙氣流，優(yōu)選是選自燃氣輪機煙氣、爐子 煙氣、熱油爐煙氣、預(yù)熱器煙氣或重整器煙氣的煙氣流，更優(yōu)選為蒸 汽甲烷重整器煙氣。該熱煙氣流優(yōu)選具有在120-360 lC范圍內(nèi)的溫度，更優(yōu)選在 160-200X:范圍內(nèi)。該熱煙氣流通常包含2-30°/。的二氧化碳，優(yōu)選3-15%的二氧化碳。 該熱煙氣流中二氧化碳的比例隨至少部分燃燒以產(chǎn)生熱煙氣流的燃料 氣體混合物中二氧化碳的比例變化。例如，可以將來自變壓吸附單元 的廢氣(其包含二氧化碳)添加或不添加到燃料氣體中，如果添加，通 常將會提高燃料氣體混合物中所含的二氧化碳的比例，因此也提高了 熱煙氣流中二氧化碳的比例。優(yōu)選地，步驟(a)中的換熱是通過熱煙氣流和冷卻水流的直接接觸 實現(xiàn)的。替代地，可以應(yīng)用間接冷卻。優(yōu)選地，該冷卻水流基本為水，更優(yōu)選為100%的水。在與熱煙氣 換熱之前，該冷卻水流優(yōu)選處于環(huán)境溫度下。將換熱步驟(a)中冷凝的水蒸汽與加熱的冷卻水流混合，生成混合 水流和冷卻氣流。步驟(b)中生成的混合水流優(yōu)選具有在30-80t:范圍 內(nèi)的溫度，更優(yōu)選在40-70X:范圍內(nèi)。在本發(fā)明的方法的步驟(d)中，通過使混合水流與來自大氣中的空 氣接觸，并通過該混合水流的部分蒸發(fā)，來冷卻該混合水流。優(yōu)選地， 步驟(d)中的冷卻是通過將混合水流與空氣在冷卻塔中直接接觸而實 現(xiàn)的。在冷卻步驟(d)中未蒸發(fā)的混合水流的至少一部分用作步驟(a)中 冷卻水流的至少一部分。將該混合水流中多余的經(jīng)過冷卻的未蒸發(fā)的 水(即未用作步驟(a)中冷卻水流的部分)儲存起來，和隨后用作步驟(a)中冷卻水流的至少一部分。通常在步驟(a)中冷凝的水蒸汽量大于步驟(d)中蒸發(fā)的水量的情 況下，將該混合水流中一部分未蒸發(fā)的且經(jīng)過冷卻的水儲存在儲罐中， 通常適于在從熱煙氣流中冷凝的水蒸汽量小于步驟(d)中蒸發(fā)的水量 的時候使用。通常，步驟(d)中蒸發(fā)的水量取決于空氣的溫度，和該空氣溫度取 決于任何特定時刻的主要天氣條件和白天時間。特別地，通常在24小度。這種輪流變化又會造成蒸發(fā)的水量的變化。在一些氣候中白天和 夜晚的溫差可能大于20匸，有時大于30匸，有時大于40X:。因此， 在夜晚時間蒸發(fā)的水量通常小于在白天時間蒸發(fā)的水量。因此，通常可以在具有相對低的空氣溫度的時間段內(nèi)生成多余的 未蒸發(fā)水并將其儲存起來，并可以在空氣溫度相對高的時間段內(nèi)使用。優(yōu)選地，該方法是至少24小時的連續(xù)工藝，其應(yīng)當(dāng)優(yōu)選至少包括 白天和晚上?？梢韵蛟摲椒ㄖ刑砑铀匝a充蒸發(fā)的水。添加的水量可以根據(jù)熱 煙氣流中的水量以及根據(jù)/賭罐中;的水量而變化。通常，在可獲得時， 優(yōu)先使用來自該罐的水添加到該工藝中。在步驟(c)中與混合水流分離的冷卻氣流可以進一步處理，以除去 和回收其二氧化碳含量。優(yōu)選地，該二氧化碳作為包含至少80°乂二氧 化碳、更優(yōu)選包含至少90%二氧化碳的濃縮物流回收。為了回收冷卻氣流中的二氧化碳含量，例如可以使用溶劑萃取技 術(shù)。使用有機溶劑或有機溶劑的水溶液用于從氣流中除去二氧化碳是 已知的。例如參見A.L. Kohl和F. C. Riesenfeld， 1974， Gas Purification, 2nd edition, Gulf Publishing Co. Houston and R. N. Maddox， 1974， Gas and Liquid Sweetening, Campbell Petroleum Series及EP551876。優(yōu)選地，在連續(xù)工藝中使用可再生的吸收溶劑。冷卻氣流(特別是作為濃縮的二氧化碳流回收的二氧化碳)可以 用于強化的油釆收，以從地下儲層中釆收烴。替代地，從冷卻氣流中回收的二氧化碳可以隔離在地下地層中。通常，在用于從地下儲層中釆收烴或隔離之前，升高該回收的二氧 化碳流的壓力。優(yōu)選地，將該壓力升高到足以使該二氧化碳流進入地下 地層的水平。通常，在增壓過程中將該捕集的二氧化碳流進一步冷卻。本發(fā)明的冷卻方法有利地用于冷卻來自蒸汽甲烷重整單元的煙 氣，該蒸汽甲烷重整單元用于在費-托裝置中由蒸汽和甲烷制備富含氫 氣的合成氣。費-托合成是本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的，和包括通過將氬氣和一氧化 碳的氣態(tài)混合物在反應(yīng)條件下與費-托催化劑接觸而由該混合物合成烴。 附圖詳述現(xiàn)在將僅以實施例的方式參照圖1對本發(fā)明的方法進一步描述。 圖l是描述蒸汽甲烷重整煙氣的冷卻回路的流程圖。在圖1中，示出了包含第一冷卻器11、冷卻塔12和儲罐13的冷 卻回路10。該冷卻回路10用于冷卻包含二氧化碳和水蒸汽的熱蒸汽 甲烷重整(SMR)煙氣14。如下面更詳細描述的，煙氣中的大部分水從 煙氣流中除去，留下溫度降低的包含二氧化碳、其它氣體和少量水的 物流15。然后物流15可以進入二氧化碳除去和回收工藝(未示出)， 例如使用包含胺的溶劑的溶劑萃取工藝。使用水來冷卻SMR煙氣，使得其處于適用于二氧化碳捕集的溫度。 水也會從冷卻回路10中損失，特別是從冷卻塔12中損失，因此會必 須添加補充水16。從冷卻塔12中損失的水量隨著主要溫度而變化， 因為與在溫度通常達到最大值的白天冷卻塔12中損失的水量相比，在 溫度通常為最小值時的夜晚在冷卻塔12中損失的水要更少。因此，在 冷卻塔12的下游提供儲罐13，用于儲存通常在較冷的夜晚時間增加 的任何多余水。然后在較熱的白天時間可以使用該水，因此節(jié)約了所 需的補充水16的量。本發(fā)明的方法特別適用于淡水提供昂貴且24小時周期內(nèi)的溫度變 化較大的炎熱氣候中。僅為了解釋的目的，將冷卻回路10上不同點處存在的水用系數(shù)p和u及變量a和b清5U^示。參照圖1，將包含水蒸汽和二氧化碳的SMR煙氣引入第一冷卻器 11中。通常，該SMR煙氣也包含其它氣體，例如丁烷、丙烷、 一氧化 碳和惰性氣體例如氮氣。該SMR煙氣在進入該第一冷卻器11之前的溫 度通常約為160-200t:，和壓力約為1-2巴。將溫度約為20-60C的包 含uH20的冷卻水流與SMR煙氣混合，使SMR煙氣中存在的大部分水 (pH20)冷凝，并將SMR煙氣冷卻到約40-60*C。將冷卻的SMR煙氣與大 部分水分離，盡管會剩余少量水，然后可以進行C02回收工藝(未示出)?；旌纤?p+u)H20進入冷卻塔12。在到達冷卻塔12之前，混合水 流(p+u)H20的溫度在30-80X:范圍內(nèi)，優(yōu)選40-70n。在冷卻塔12中，通過使用來自大氣中的空氣17，將混合水流 (p+u)H20冷卻到在30-60r范圍內(nèi)的溫度?；旌纤?p+u)H20的一部 分a(p+u)H20蒸發(fā)，使剩余的混合水流冷卻。從冷凝塔12中蒸發(fā)的水 的部分a(p+u)H20取決于來自大氣中空氣的溫度，該空氣溫度又取決 于特定時刻的外部溫度?；旌纤鞯囊徊糠謆(p+u)H20在冷卻塔12中 未蒸發(fā)，和進入儲罐13。因此a和b的相對值根據(jù)空氣溫度變化，因 此在24小時周期內(nèi)變化，但a+b-l。在較冷的時間內(nèi)，通常在夜晚，冷卻塔12中蒸發(fā)的水量a(p+u)H20 可能小于在第一冷卻器ll中從SMR煙氣中冷凝的水蒸汽量pH20。因此， 在冷卻回路10中將有多余水，可以將其儲存在水罐13中。當(dāng)注入該 冷卻塔12中的空氣的溫度較高時，則從冷卻塔12中損失的水量 a(p+u)H20可能大于從SMR煙氣中冷凝的水量pH20。因此，需要向冷卻 回路中添加水。在可獲得時該水可以從儲罐13取出，僅在儲罐13變 干或水量不足時才需要添加補充水16，即小于冷卻水流所需的量uH20。因此，b (p+u) H20水量進入儲罐13 ，和儲存在罐13中的水用作冷 卻水流并引入第一冷卻器11。在儲罐13中沒有水或水量不足(即小于 uH20)的情況下，將補充水16添加到冷卻水流中。因此，本發(fā)明的實施方式的優(yōu)點在于在24小時周期內(nèi)需要較少的 補充水16。
權(quán)利要求
1.用于冷卻包含水蒸汽和二氧化碳的熱煙氣流的方法，該方法包括(a)在熱煙氣流和冷卻水流之間進行換熱，使熱煙氣流冷卻為在其溫度下其中至少部分水蒸汽冷凝的冷卻氣流，和使冷卻水流升溫；(b)將冷凝的水蒸汽和冷卻水流混合，得到混合水流；(c)使冷卻氣流與混合水流分離；(d)通過與來自大氣中的空氣接觸以及通過蒸發(fā)部分混合水流，冷卻該混合水流；(e)使用混合水流中任意未蒸發(fā)的且經(jīng)過冷卻的水的至少一部分作為在步驟(a)中用于冷卻熱煙氣流的冷卻水流的至少一部分；和(f)將步驟(e)中未使用的混合水流的任意未蒸發(fā)的且經(jīng)過冷卻的水儲存起來，以及隨后使用該儲存水作為步驟(a)中冷卻水流的至少一部分。
2. 權(quán)利要求l的方法，其中所述熱煙氣流是燃氣輪機煙氣、爐子 煙氣、熱油爐煙氣、預(yù)熱器煙氣、重整器煙氣中的任意一種，優(yōu)選為 蒸汽甲烷重整器煙氣。
3. 權(quán)利要求1或2的方法，其中所述熱煙氣流具有在120-360匸 范圍內(nèi)的溫度，優(yōu)選在160-200X:范圍內(nèi)。
4. 前述權(quán)利要求中任一項的方法，其中步驟(b)中生成的混合水 流具有在30-80X:范圍內(nèi)的溫度，優(yōu)選在40-701C范圍內(nèi)。
5. 前述權(quán)利要求中任一項的方法，其中在冷卻塔中將混合水流與 空氣直接接觸。
6. 前述權(quán)利要求中任一項的方法，其中在步驟(a)中冷凝的水蒸 汽量大于步驟(d)中蒸發(fā)的水量的情況下，將混合水流中一部分未蒸發(fā) 的且經(jīng)過冷卻的水儲存在儲罐中。
7. 權(quán)利要求6的方法，其中在步驟(a)中冷凝的水蒸汽量小于步 驟(d)中蒸發(fā)的水量時使用至少 一部分儲存在儲罐中的水。
8. 前述權(quán)利要求中任一項的方法，其是經(jīng)過至少一個夜晚小時和 至少一個白天小時、優(yōu)選經(jīng)過至少24小時的連續(xù)方法。
9. 前述權(quán)利要求中任一項的方法，其中對冷卻氣流進行處理以回 收其二氧化碳。
10. 權(quán)利要求9的方法，其中所述二氧化碳被隔離在地下地層中。
11. 權(quán)利要求9的方法，其中所述二氧化碳用于強化的油釆收， 以從地下儲層中釆收通常為液態(tài)的烴。
全文摘要
用于冷卻包含水蒸汽和二氧化碳的熱煙氣流的方法，該方法包括(a)在熱煙氣流和冷卻水流之間進行換熱，使熱煙氣流冷卻為在其溫度下其中至少部分水蒸汽冷凝的冷卻氣流，和使冷卻水流升溫；(b)將冷凝的水蒸汽和冷卻水流混合，得到混合水流；(c)使冷卻氣流與混合水流分離；(d)通過與來自大氣中的空氣接觸以及通過蒸發(fā)部分混合水流，冷卻該混合水流；(e)使用混合水流中任意未蒸發(fā)的且經(jīng)過冷卻的水的至少一部分作為在步驟(a)中用于冷卻熱煙氣流的冷卻水流的至少一部分；和(f)將步驟(e)中未使用的混合水流的任意未蒸發(fā)的且經(jīng)過冷卻的水儲存起來，以及隨后使用該儲存水作為步驟(a)中冷卻水流的至少一部分。
文檔編號B01D53/14GK101331081SQ200680047239
公開日2008年12月24日 申請日期2006年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月16日
發(fā)明者W·J·德維里德 申請人:國際殼牌研究有限公司