[发明专利]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

说明书

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。

技术领域

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

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。

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。

发明内容

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。