的氣體和純化水的系統和方法
【專利說明】生產含H2的氣體和純化水的系統和方法
[0001]相關申請的交叉引用
本專利申請是2013年4月8日提交的美國申請號13/858,363的部分繼續申請，其要求2012年5月18日提交的臨時申請序列號61/648，662的權益，這些文獻各自的內容通過如同全面闡述的引用一樣結合到本文中。
[0002]背景
熱水純化過程，例如使用多效蒸餾(MED)使鹽水熱脫鹽，使用來自低壓熱能源(steamenergy source)的熱量，以進行水的純化過程。低壓蒸汽采用普通鍋爐技術來生成(參見，例如，美國專利號4，338，199和5，441，548)。
[0003]已知使用其它能量形式用于脫鹽。例如，美國專利號5，421，962將太陽能利用于脫鹽過程，美國專利公布號2011/0162952利用來自氣化過程的能量，而美國專利公布號2011/0147195使用來自發電廠的廢熱用于脫鹽過程。
[0004]氫生產過程，例如催化的蒸汽-烴重整(catalytic steam-hydrocarbonreforming),部分氧化重整,催化的部分氧化重整，和自熱重整(autothermal reforming)需要將熱量排放到環境中。在分離氣體分離器中的合成氣體以形成氫或其它含氫產物氣體之前，可需要從中間體合成氣流中除去廢熱。廢熱一般通過由冷風扇和/或調溫冷卻器(其中冷卻通過冷水提供)驅動的空氣冷卻器而被排放到環境中。
[0005]工業界期望利用來自重整過程(reforming process)的廢熱。例如,催化蒸汽-烴重整過程在各種狀況下釋放大量廢熱。一種狀況是當能量成本低且在熱量回收上花費較少資本時。另一種狀況是當所述過程由于缺乏輸出蒸汽需求而不生產大量的高壓輸出蒸汽時。低的或零輸出蒸汽產量減少了用于該過程的熱沉(heat sink)，導致大量廢熱。
[0006]工業界期望在水源緊張的區域生產純化水。這樣的水可用作催化蒸汽-烴重整過程中的補充水，使所述過程對水自足。水還可作為產品銷售用于工業和市政用途。
[0007]工業界期望降低或消除催化蒸汽-烴重整工廠中的水處理成本。目前，需要在催化蒸汽-烴重整工廠中處理補充水，以使其符合用于鍋爐進水的要求。這些處理包括過濾以去除顆粒、脫礦物質以去除礦物質和脫氣以去除可溶氣體例如O2和CO2。
[0008]工業界期望降低重整過程的資本和能量成本。重整過程的熱效率取決于低水平熱量的利用。當能量成本高時，為了更好的熱效率或更低的能量成本，回收更多低水平的熱量。然而，回收更多熱量意味著使用更多和/或更大的換熱器，導致更高的資本成本。相反地，當能量成本低時，犧牲熱效率或能量成本以使換熱器的資本成本最小化。
[0009]本領域存在對生產含H2的氣體和純化水的系統和方法，所述系統和方法為有成本效益的并提供對來自催化蒸汽-烴重整過程的廢熱的更大的利用。
[0010]概述
本發明涉及一種生產含H2產物和純生產化水的方法。
[0011]本發明的實施方案通過提供從聯合重整和熱水純化過程生產含H2的產物氣體和純化水的系統和方法來滿足本領域的需求。本發明的實施方案可減少或消除與消散過多的廢熱有關的成本并也可對平衡熱負荷和在整個熱水純化過程的其它操作條件提供靈活性。
[0012]存在如下概述的系統和方法的若干特殊的方面。括號中提出的參照標號(reference numbers)和表示是指下文參照附圖進一步說明的示例性實施方案并為讀者提供便利。然而，參照標號(reference numbers)和表示僅僅是說明性的并不限制該方面至任何所述示例性實施方案的特定的組分或特征。所述方面可如權利要求書確定，其中括號中提出的參照標號(reference numbers)和表示被省略或在合適時被其它的替代。
[0013]方面1.一種從含有污染物的原水流(53)生產含H2-產物氣體(200)和生產純化水(42)的方法，所述方法包括:
(a)從重整器(100)取出重整產物(60)，
(b)通過用重整產物￠0)間接熱傳遞加熱原水流(53)的至少一部分(63)，從而冷卻重整產物(60)，并由此蒸發熱水純化系統(16)的多個蒸發器的第一蒸發器(51)的原水流(53)的至少一部分￠3)的一部分，形成第一蒸汽流(41)和第一富污染物的原水流(64)，從第一蒸發器(51)取出第一蒸汽流(41)，并從第一蒸發器(51)取出第一富污染物的原水流(64)，第一富污染物的原水流(64)具有比引入第一蒸發器(51)的原水流(53)的至少一部分￠3)更高濃度的污染物；
(c)在步驟(b)中的重整產物已經冷卻后，通過用重整產物(60)間接熱傳遞加熱原水流(53)，從而進一步冷卻重整產物至20°C _60°C范圍內的溫度，其中在步驟(b)中被加熱之前，原水流(53)的至少一部分(63)在步驟(c)中被加熱；
(d)將第一蒸汽流(41)引入熱水純化系統(16)的多個蒸發器的第二蒸發器(54)中，通過用第一蒸汽流(41)間接熱傳遞加熱從第一蒸發器(51)取出的第一富污染物的原水流
(64)或原水流(53)的第二部分￠5)二者之一，通過蒸發第一富污染物的原水流￠4)或原水流(53)的第二部分￠5) 二者之一的部分，形成第二蒸汽流(43)，從而冷卻第一蒸汽流(41)并由第一蒸汽流(41)形成第一冷凝物流(71)，從第二蒸發器(54)取出第二蒸汽流(43)，從第二蒸發器(54)取出第一冷凝物流(71)，其中純化水(42)包含第一冷凝物流
(71)，和從第二蒸發器(54)取出第二富污染物的原水流(66)，第二富污染物的原水流(66)具有比從第一蒸發器(51)取出的第一富污染物的原水流￠4)或原水流(53)的第二部分
(65)二者之一更高濃度的污染物；和
(e)在步驟(c)中冷卻重整產物后，從重整產物￠0)形成含H2-的產物氣體。
[0014]方面2.方面I的方法，其中步驟(d)包括將第一蒸汽流(41)引入熱水純化系統
(16)的多個蒸發器的第二蒸發器(54)，通過用第一蒸汽流(41)間接熱傳遞，加熱從第一蒸發器(evapator) (51)取出的第一富污染物的原水流(64),通過蒸發第一富污染物的原水流(64)的部分形成第二蒸汽流(43)，從而冷卻第一蒸汽流(41)并由第一蒸汽流(41)形成第一冷凝物流(71)，從第二蒸發器(54)取出第二蒸汽流(43)，從第二蒸發器(54)取出第一冷凝物流(71)，其中純化水(42)包含第一冷凝物流(71)，和從第二蒸發器(54)取出第二富污染物的原水流(66)，第二富污染物的原水流￠6)具有比從第一蒸發器(51)取出的第一富污染物的原水流￠4)更高濃度的污染物。
[0015]方面3.方面I的方法，其中步驟(d)包括將第一蒸汽流(41)引入熱水純化系統
[16]的多個蒸發器的第二蒸發器(54)中，通過用第一蒸汽流(41)的間接熱傳遞來加熱原水流(53)的第二部分(65)，通過蒸發原水流(53)的第二部分￠5)中的一部分形成第二蒸汽流(43)，從而冷卻第一蒸汽流(41)并由第一蒸汽流(41)形成第一冷凝物流(71)，從第二蒸發器(54)取出第二蒸汽流(43)，從第二蒸發器(54)取出第一冷凝物流(71)，其中純化水(42)包含第一冷凝物流(71)，和從第二蒸發器(54)取出第二富污染物的原水流
(66)，第二富污染物的原水流￠6)具有比原水流(53)的第二部分￠5)更高濃度的污染物，其中原水流(53)的第二部分￠5)在步驟(d)中被加熱之前已在步驟(c)中被加熱。
[0016]方面4.方面1-3中任一方面的方法，其中通過在步驟(b)中用重整產物￠0)間接熱傳遞加熱原水流(53)的至少一部分(63)，包括:
通過用重整產物￠0)間接熱傳遞加熱工作流體(185)，形成加熱的工作流體(196)，并通過在蒸發器(51)中用加熱的工作流體(196)間接熱傳遞來加熱原水流(53)的至少一部分(63)ο
[0017]方面5.方面4的方法，其中工作流體是水和加熱的工作流體是蒸汽。
[0018]方面6.方面1-3中任一方面的方法，其中在步驟(b)中，通過用重整產物￠0)間接熱傳遞加熱原水流(53)的至少一部分(63)，包括:
通過用重整產物￠0)間接熱傳遞加熱工作流體水(185)，其中當通過重整產物￠0)加熱時，蒸發工作流體水以形成具有壓力范圍從15.2 kPa至304 kPa (絕對)的工作流體蒸汽(196)，和
通過在蒸發器(51)中用工作流體蒸汽(196)間接熱傳遞，加熱原水流(53)的至少一部分(63)，其中當加熱原水流(53)的至少一部分(63)時，冷凝工作流體蒸汽。
[0019]方面7.方面1-3中任一方面的方法，其中步驟(b)不包括加熱中間工作流體。
[0020]方面8.方面1-7中任一方面的方法，其還包括:
(f)通過用重整產物￠0)間接熱傳遞加熱第一水流(95)，從而冷卻重整產物(60)，其中第一水流(95)包括至少一部分純化水(42)；
其中重整產物￠0)在步驟(b)中被冷卻之前在步驟(f)中冷卻，或者重整產物(60)在步驟(f)中被冷卻之前在步驟(b)冷卻。
[0021]方面9.方面8的方法，其中重整產物￠0)在步驟(b)中被冷卻之前在步驟(f)中冷卻。
[0022]方面10.方面8的方法，其中重整產物￠0)在步驟(f)中被冷卻之前在步驟(b)中冷卻和在步驟(C)中被冷卻之前在步驟(f)中冷卻。
[0023]方面11.方面8-10中任一方面的方法，其還包括在步驟(f)中加熱第一水流后，使第一水流(95)通過脫氣器(130)。
[0024]方面12.方面8-10中任一方面的方法，其還包括:
在步驟(f)中加熱第一水流后，使第一水流(95)通過蒸汽鼓(160)，而不使第一水流(95)通過脫氣器。
[0025]方面13.方面8-10中任一方面的方法，其還包括:
在步驟(f)中加熱第一水流(95)之前，使第一水流(95)通過至少一個離子交換裝置和電去電離作用裝置；和
在步驟(f)中加熱第一水流之后，使第一水流(95)通過蒸汽鼓(160)，而不使第一水流
(95)通過脫氣器。
[0026]方面14.方面8-13中任一方面的方法，其中第一水流包含純化水(42)。
[0027]方面15.方面8-13中任一方面的方法，其中第一水流由純化水(42)組成。
[0028]方面16.方面8-13中任一方面的方法，其中第一水流由未經過濾處理或脫鹽的純化水流組成，
方面17.方面1-16中任一方面的方法，其中從重整產物形成含H2產物氣體(200)的步驟包括:
在步驟(c)中冷卻后，使重整產物￠0)通過分離鼓(220)，將重整產物￠0)分離為冷凝物流(224)和貧水的重整產物(226);和
將至少一部分貧水的重整產物(226)引入分離器(210)中并在分離器中分離至少一部分貧水的重整產物(226)，以產生含H2產物氣體(200)和副產物氣體(250)。
[0029]方面18.方面17的方法，其中分離器為壓力擺動吸附器.方面19.方面1-18中任一方面的方法，其中原水包括至少一個鹽水、河水、溪水、湖水、城市再循環水、工業再循環水、地下水，以及來自蒸汽甲烷重整過程的過程冷凝物中的至少一種。
[0030]方面