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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-03-15
(54)【発明の名称】スチームクラッキングのための方法及びシステム
(51)【国際特許分類】
C10G 9/36 20060101AFI20240308BHJP
F23L 15/00 20060101ALI20240308BHJP
【ＦＩ】
C10G9/36
F23L15/00 A
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023555256
(86)(22)【出願日】2022-03-08
(85)【翻訳文提出日】2023-10-16
(86)【国際出願番号】 EP2022055876
(87)【国際公開番号】W WO2022189422
(87)【国際公開日】2022-09-15
(31)【優先権主張番号】21161749.3
(32)【優先日】2021-03-10
(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】521329305
【氏名又は名称】リンデ ゲーエムベーハー
(74)【代理人】
【識別番号】100098394
【弁理士】
【氏名又は名称】山川 茂樹
(72)【発明者】
【氏名】ツェルフーバー，マティウ
(72)【発明者】
【氏名】ヘーレンツ，ミヒャエル
(72)【発明者】
【氏名】ズィン，トビアス
(72)【発明者】
【氏名】マイヤー，ゼバスティアン
【テーマコード（参考）】
3K023
4H129
【Ｆターム（参考）】
3K023QA07
3K023QB05
3K023QB19
3K023QC08
4H129AA01
4H129DA03
4H129FA02
4H129NA43
(57)【要約】
スチームクラッキング・システム（１００）の使用によるスチームクラッキングを使用するスチームクラッキング方法が提案され、スチームクラッキング・システム（１００）は、１つの第１のスチームクラッキング炉ユニット（１０００）又は複数の第２のスチームクラッキング炉ユニット（２０００）と、１つの第２のスチームクラッキング炉ユニット（２０００）又は複数の第２のスチームクラッキング炉ユニット（２０００）とを含み、１つの第１のスチームクラッキング炉ユニット（１０００）又は複数の第１のスチームクラッキング炉ユニット（１０００）のそれぞれは、１つ又は複数の燃焼スチームクラッキング炉（１１０）を備え、１つの第２のスチームクラッキング炉ユニット（２０００）又は複数の第２のスチームクラッキング炉ユニット（２０００）のそれぞれは、１つ又は複数の電気スチームクラッキング炉（２１０）を備え、１つの第１のスチームクラッキング炉ユニット（１０００）又は複数の第１のスチームクラッキング炉ユニット（１０００）のそれぞれは、１つ又は複数の燃焼スチームクラッキング炉（１１０）に供給される燃焼空気の少なくとも一部を少なくとも１００℃の温度レベルまで予熱する手段を備える。対応するシステム（１００）も本発明の一部である。
【選択図】図４
【選択図】図４
【特許請求の範囲】
【請求項1】
スチームクラッキング・システム（１００）を使用するスチームクラッキング方法であって、前記スチームクラッキング・システム（１００）は、１つの第１のスチームクラッキング炉ユニット（１０００）又は複数の第２のスチームクラッキング炉ユニット（２０００）と、１つの第２のスチームクラッキング炉ユニット（２０００）又は複数の第２のスチームクラッキング炉ユニット（２０００）とを含み、前記１つの第１のスチームクラッキング炉ユニット（１０００）又は前記複数の第１のスチームクラッキング炉ユニット（１０００）のそれぞれは、１つ又は複数の燃焼スチームクラッキング炉（１１０）を備え、前記１つの第２のスチームクラッキング炉ユニット（２０００）又は前記複数の第２のスチームクラッキング炉ユニット（２０００）のそれぞれは、１つ又は複数の電気スチームクラッキング炉（２１０）を備え、前記１つの第１のスチームクラッキング炉ユニット（１０００）又は前記複数の第１のスチームクラッキング炉ユニット（１０００）のそれぞれは、前記１つ又は複数の燃焼スチームクラッキング炉（１１０）に供給される燃焼空気の少なくとも一部を少なくとも１００℃の温度レベルまで予熱する手段を備えることを特徴とする、方法。
【請求項2】
前記１つの第１のスチームクラッキング炉ユニット（１０００）又は複数の第２のスチームクラッキング炉ユニット（２０００）のそれぞれ、及び前記１つの第２のスチームクラッキング炉ユニット（２０００）又は前記複数の第２のスチームクラッキング炉ユニット（２０００）のそれぞれにおいて、前記１つ又は複数のスチームクラッキング炉（１１０、２１０）は、少なくとも１つの蒸気生成装置（３０）と熱結合する少なくとも１つのクエンチ冷却列（１０、２０）に連結され、前記少なくとも１つの蒸気生成装置（３０）において、少なくとも過熱高圧蒸気は、３０から１７５バールの絶対圧力の間の第１の圧力レベル及び第１の温度レベルで生成され、前記第１の温度レベルより高い温度レベルの蒸気は、生成されず、前記第１の圧力レベルの前記過熱高圧蒸気は、前記過熱高圧蒸気の温度レベルが第２の温度レベルまで低下するように、少なくとも部分的に、前記第１の圧力レベルを下回る第２の圧力レベルまで断熱的及び等エントロピ的に膨張され、前記第１の温度レベルは、前記断熱及び等エントロピ膨張の間、２０バールより多い中間圧力レベルに到達した各中間温度レベルが、前記断熱及び等エントロピ膨張の間、それぞれの前記中間圧力レベルにおいて蒸気の露点を上回る５から１２０Ｋの間であるように選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項3】
前記第１の圧力レベル及び前記第１の温度レベルにおける前記過熱高圧蒸気は、プロセス水から生成される蒸気を含まない、及び／又はボイラ給水から生成される蒸気のみを含み、このため、前記第１の圧力レベル及び前記第１の温度レベルにおける前記過熱高圧蒸気は、高純度過熱高圧蒸気として供給される、請求項２に記載の方法。
【請求項4】
前記第１のクラッキング炉ユニット（１０００）及び／若しくは前記第２のクラッキング炉ユニット（２０００）の前記クラッキング炉（複数可）（１１０、２１０）の１つ若しくは複数のクラッキング炉コイルボックスに通される前の１つ若しくは複数のプロセス流、又は前記少なくとも１つのプロセス流の生成に使用されるフィード炭化水素及び／若しくはプロセス蒸気、又は燃焼空気は、前記コイルボックス（複数可）下流の前記プロセス流の少なくとも１つから回収される熱を使用して少なくとも部分的に加熱される、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項5】
前記コイルボックス（複数可）下流の前記１つ又は複数のプロセス流から回収される前記熱は、１つ又は複数の直接フィード－エフルエント交換器内の前記コイルボックス（複数可）下流の少なくとも１つのプロセス流から少なくとも部分的に回収される、請求項４に記載の方法。
【請求項6】
前記コイルボックス（複数可）下流の前記１つ又は複数のプロセス流から回収される前記熱は、前記少なくとも１つのプロセス流の加熱に後に使用される蒸気に少なくとも部分的に伝達されるか、又は前記少なくとも１つ若しくは複数のプロセス流の生成に使用されるフィード炭化水素及び／若しくはプロセス蒸気に伝達されるか、又は燃焼空気に伝達される、請求項４に記載の方法。
【請求項7】
前記燃焼空気の少なくとも一部を予熱する前記手段は、前記燃焼空気を１０００℃までの温度レベルまで予熱し、前記燃焼空気予熱温度は、動作中に変更される、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項8】
前記第１のスチームクラッキング炉ユニット（複数可）（１０００）及び前記第２のスチームクラッキング炉ユニット（複数可）（２０００）は、複数の動作モードで、可変燃料ガス消費率及び電力消費率のそれぞれを使用して動作され、全ての前記第１のスチームクラッキング炉ユニット及び前記第２のスチームクラッキング炉ユニットにわたり合計される合計燃料ガス消費率と合計電力消費率との間の可変率が達成される一方で、前記炉ユニットからの一定の合計クラッキング生成物の収率を維持する、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項9】
水素富化燃料ガスは、電気分解ユニット（４３００）、アンモニア分解ユニット（４４００）及び／又は水素貯蔵ユニット（４６００）から少なくとも一時的に放出され、少なくとも一時的に必要な更なる燃料ガスを、前記１つの第１のスチームクラッキング炉ユニット（１０００）又は前記複数の第１のスチームクラッキング炉ユニット（１０００）の少なくとも１つに供給する、及び／又は他の水素消費器に供給する、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項10】
前記１つの第１のスチームクラッキング炉ユニット（１０００）若しくは前記複数の第１のスチームクラッキング炉ユニット（１０００）の少なくとも１つ及び／又は他の水素消費器における水素の全体的な消費と比較した、水素分離ユニット（４７００）から生成された水素富化燃料ガスの少なくとも一時的な余剰は、燃料電池ユニット（４５００）及び／又は水素貯蔵ユニット（４６００）に少なくとも一時的に供給される、請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項11】
前記第１のスチームクラッキング炉ユニット（複数可）の前記スチームクラッキング炉（複数可）（１１０）の燃焼に使用される燃料ガスは、ある温度レベルまで加熱され、前記温度レベルは、動作中に変更される、請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項12】
前記第１のスチームクラッキング炉ユニット（複数可）（１０００）の前記スチームクラッキング炉（複数可）（１１０）の燃焼に使用される燃料ガスは、０から１００ｗｔ％の間の水素含量を有する、請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項13】
スチームクラッキング方法を実施するシステム（１００）であって、前記システム（１００）は、１つの第１のスチームクラッキング炉ユニット（１０００）又は複数の第１のスチームクラッキング炉ユニット（１０００）と、１つの第２のスチームクラッキング炉ユニット（２０００）又は複数の第２のスチームクラッキング炉ユニット（２０００）とを備え、前記１つの第１のスチームクラッキング炉ユニット（１０００）又は前記複数の第１のスチームクラッキング炉ユニット（１０００）のそれぞれは、１つ又は複数の燃焼スチームクラッキング炉（１１０）を備え、前記１つの第２のスチームクラッキング炉ユニット（２０００）又は前記複数の第２のスチームクラッキング炉ユニット（２０００）のそれぞれは、１つ又は複数の電気スチームクラッキング炉（２１０）を備え、前記１つの第１のスチームクラッキング炉ユニット（１０００）又は前記複数の第１のスチームクラッキング炉ユニット（１０００）のそれぞれは、前記１つ又は複数の燃焼スチームクラッキング炉（１１０）に供給される燃焼空気の少なくとも一部を少なくとも１００℃の温度レベルまで予熱するように適合された手段を備えることを特徴とする、システム（１００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、独立請求項のプリアンブルに記載のスチームクラッキングのための方法及びシステムに関する。
【背景技術】
【0002】
本発明は、例えば、Ｕｌｌｍａｎｎ’ｓ Ｅｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａ ｏｆ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ、２００９年４月１５日、オンライン出版、ＤＯＩ：１０．１００２／１４３５６００７．ａ１０＿０４５．ｐｕｂ２内の項目「エチレン」に記載されるような、オレフィン及び他のベース化学製品を生成するためのスチームクラッキング技術に基づく。
【0003】
現在、スチームクラッキングにおける吸熱分解反応の開始及び維持に必要な熱エネルギーは、耐火炉内で燃料ガスを燃焼させることによってもたらされる。分解される蒸気及び炭化水素を最初に含有するプロセス・ガスは、放射区域又は区分とも呼ばれる耐火筐体の内側に置かれたいわゆるクラッキング・コイルに通される。この流路において、プロセス・ガスは、連続的に加熱され、クラッキング・コイルの内側で所望の分解反応の発生を可能にし、したがって、プロセス・ガスは、クラッキング生成物中で連続的に富化される。クラッキング・コイルに入るプロセス・ガスの典型的な入口温度は、５５０から７５０℃の間であり、出口温度は、典型的には、８００から９００℃の間の範囲内にある。
【0004】
放射区域に加えて、燃焼クラッキング炉は、いわゆる対流区域又は区分と、いわゆるクエンチ区域又は区分とを備える。対流区域は、通常、放射区域の上に配置され、放射区域から煙道ガス・ダクトを横断する様々な管バンドルから構成される。対流区域の主な機能は、放射区域を離れる高温煙道ガスから可能な限り多くのエネルギーを回収することである。実際、典型的には、放射区域内の合計燃焼負荷の３５から５０％のみが、クラッキング・コイルを通じてプロセス・ガスに伝達される。したがって、対流区域は、スチームクラッキングのエネルギー管理において中心的な役割を果たす。というのは、対流区域は、炉への熱入力（即ち、燃焼負荷）の約４０から６０％の有益な使用を担うためである。実際、放射区域及び対流区域を一緒に用いる場合、現代のスチームクラッキング施設は、（燃料の下限加熱値又は正味の発熱量に基づく）燃焼負荷全体の９０から９５％を利用する。対流区分において、煙道ガスは、対流区分を離れて煙突を介して雰囲気に解放される前、６０から１４０℃の間の温度まで冷却される。
【0005】
対流区分内で回収された煙道ガスの熱は、典型的には、ボイラ給水及び／又は炭化水素フィードの予熱、（事前のプロセス蒸気注入を伴う又は伴わない）液体炭化水素フィードの（部分的）気化、並びにプロセス蒸気及び高圧蒸気の過熱等、プロセスの任務のために使用される。
【0006】
クエンチ区域は、主要プロセス・ガス経路に沿って放射区域の下流に配置される。クエンチ区域は、１つ又は複数の熱交換器ユニットから構成され、１つ又は複数の熱交換器ユニットは、クラッキング反応を停止するため、最大温度レベルより下にプロセス・ガスを急速に冷却すること、下流の処理のためにプロセス・ガスを更に冷却すること、及びエネルギーを更に使用するため、プロセス・ガスからの顕熱を効果的に回収することという主な機能を有する。更に、更なる冷却又はクエンチングは、液体の注入を介して、例えば、スチームクラッキング液体原料の場合のオイル・クエンチ冷却によって達成し得る。
【0007】
クエンチ区分内で回収されるプロセス・ガスの熱は、典型的には、高圧（ＨＰ）又は超高圧（ＳＨＰ）ボイラ給水（典型的には、３０から１３０バールの絶対圧力の間の圧力範囲にある）を気化させ、蒸気ドラムに供給する前に同じボイラ給水を予熱するために使用される。それに応じて生成された飽和高圧又は超高圧蒸気は、過熱高圧又は超高圧蒸気を生成するために対流区域（上記参照）内で過熱され、対流区域から、施設の中央蒸気システムに分散され、熱交換器及び蒸気タービン又は他の回転機器に熱及び動力をもたらし得る。炉の対流区分内で達成される蒸気過熱の典型的な程度は、飽和温度（露点限界）を上回る１５０から２５０Ｋの間にある。概して、スチームクラッキング炉は、高圧蒸気（典型的には３０から６０バールにある）又は超高圧蒸気（典型的には６０から１３０バールにある）で動作し得る。明快にするため、本発明の説明において、高圧蒸気とは、３０から１３０バールの間の全圧力範囲のために使用されるが、本発明は１７５バールまでの圧力で蒸気を使用するので、この上限も越える。
【0008】
クエンチ冷却後のプロセス・ガスの処理の重要な部分は、圧縮であり、圧縮は、典型的には、分離用にプロセス・ガスを調整するため、重炭化水素及びプロセス水の除去等、更なる処理の後に実施される。プロセス・ガス又は分解ガス（ｃｒａｃｋｅｄ ｇａｓ）の圧縮とも呼ばれるこの圧縮は、典型的には、蒸気タービンによって駆動される多段圧縮器で実施される。蒸気タービンにおいて、上述した施設の中央蒸気システムからの適切な圧力にある蒸気、したがって、対流区分及びクエンチ冷却からの熱を使用して生成された蒸気を含む蒸気を使用し得る。典型的には、従来技術のスチームクラッキング施設において、（対流区域内の）煙道ガスの熱及び（クエンチ区域内の）プロセス・ガスの熱は、加熱及び蒸気タービンの駆動に必要な蒸気量の大部分を生成する熱の需要と良好に平衡が取られている。言い換えれば、廃熱は、多かれ少なかれ、施設内で必要な蒸気の生成に十分に利用し得る。蒸気を生成する更なる熱は、（燃焼）蒸気ボイラ内でもたらし得る。
【0009】
参考までに、また、本発明の背景を更に説明するため、従来の燃焼スチームクラッキング装置をかなり簡略化した概略部分図で図１に示し、９００と示す。
【0010】
図１に示されるスチームクラッキング装置９００は、強調線で示されるように、１つ又は複数のクラッキング炉９０を備える。典型的なスチームクラッキング装置９００は、同じ又は異なる条件下で動作し得る複数のクラッキング炉９０を備え得るが、単に簡潔にするため、以下、「１つの」クラッキング炉９０について言及する。更に、クラッキング炉９０は、以下で説明する構成要素の１つ又は複数を備え得る。
【0011】
クラッキング炉９０は、放射区域９１と、対流区域９２とを備える。図１に示すもの以外の他の実施形態では、いくつかの放射区域９１を単一の対流区域９２等と連携させることもできる。
【0012】
図示の例では、いくつかの熱交換器９２１から９２５は、図示の構成若しくはシーケンスで、又は異なる構成若しくはシーケンスで、対流区域９２内に配置される。これらの熱交換器９２１から９２５は、典型的には、対流区域９２を通過するチューブ・バンドルの形態で設けられ、放射区域９１からの煙道ガス流内に配置される。
【0013】
図示の例では、放射区域９１は、複数のバーナ９１１により加熱され、複数のバーナ９１１は、部分的にのみ示される、放射区域９１を形成する耐火物の床側及び壁側に配置される。他の実施形態では、バーナ９１１は、壁側のみ又は床側のみに設けてもよい。床側のみへの配置は、例えば、純水素を燃焼用に使用する場合、優先的に該当し得る。
【0014】
図示の例では、炭化水素を含有するガス又は液体フィード流９０１は、スチームクラッキング装置９００に供給される。図示の様式又は異なる様式で、いくつかのフィード流９０１を使用することも可能である。フィード流９０１は、対流区域９２の熱交換器９２１内で予熱される。
【0015】
更に、ボイラ給水流９０２は、対流区域９２、又はより正確にはボイラ給水流９０２が予熱される熱交換器９２２に通される。その後、ボイラ給水流９０２は、蒸気ドラム９３に導入される。対流区域９２内の熱交換器９２３において、典型的には、スチームクラッキング装置９００の炉システムの外側に位置するプロセス蒸気生成システムから供給されるプロセス蒸気流９０３は、更に加熱され、図１に示す例では、その後、フィード流９０１と混合される。
【0016】
これに応じて生成されたフィード及び蒸気の流れ９０４は、対流区域９２内の更なる熱交換器９２５に通され、その後、放射区域９１を通じて、典型的にはいくつかのクラッキング・コイル９１２内に通され、分解ガス流９０５を生成する。図１の例は、かなり簡略化されている。典型的には、対応する流れ９０４は、いくつかのクラッキング・コイル９１２にわたり均等に分散され、クラッキング・コイル９１２内で生成された分解ガスは、分解ガス流９０５の生成のために収集される。
【0017】
図１に更に示されるように、蒸気流９０６は、蒸気ドラム９３から回収され、対流区域９２内の更なる熱交換器９２４内で（過）熱され、高圧蒸気流９０７を生成し得る。高圧蒸気流９０７は、具体的に例示しない任意の適切な場所及び任意の適切な目的で、スチームクラッキング装置９００内で使用し得る。
【0018】
放射区域１２又はクラッキング・コイル９１２からの分解ガス流９０５は、１つ又は複数の伝達管路を介して、分解ガス流９０５が上述の理由で急速に冷却されるクエンチ交換器９４に通される。ここで例示されるクエンチ交換器９４は、１次クエンチ（熱）交換器を表す。そのような１次クエンチ交換器９４に加えて、更なるクエンチ交換器が存在してもよい。
【0019】
冷却された分解ガス流９０７は、ここではかなり概略的にのみ示される更なるプロセス・ユニット９５に通される。これらの更なるプロセス・ユニット９５は、特に、分離ガスの不純物除去、圧縮及び分留のためのプロセス・ユニット、並びに９６と示される、蒸気ドラム９３からの蒸気を使用して動作し得る蒸気タービンを含む圧縮器装置とし得る。
【0020】
図示の例では、クエンチ交換器９４は、蒸気ドラム９３からの水流９０８で動作する。クエンチ交換器９４内で生成される蒸気流９０９は、蒸気ドラム９３に戻される。
【0021】
本発明の目的
工業プロセスの少なくとも局所的な二酸化炭素排出を低減させる進行中の取組みは、スチームクラッキング施設の稼働にまでも及んでいる。全ての技術分野の場合のように、局所的な二酸化炭素排出の低減は、特に、可能なプロセス・ユニットの一部又は全ての電化によって達成し得る。
工業プロセスの少なくとも局所的な二酸化炭素排出を低減させる進行中の取組みは、スチームクラッキング施設の稼働にまでも及んでいる。全ての技術分野の場合のように、局所的な二酸化炭素排出の低減は、特に、可能なプロセス・ユニットの一部又は全ての電化によって達成し得る。
【0022】
改質炉に関連して特許文献１に記載されているように、バーナに加えて、電圧源を使用でき、電圧源は、電圧源によって生成された電流が原料を加熱するように反応管に接続される。電気的に加熱されるスチームクラッキング炉が使用されるスチームクラッキング炉は、例えば、特許文献２、特許文献３及び特許文献４で提案された。電気炉技術は、他の状況又はより広範な文脈では、例えば、特許文献５、特許文献６、特許文献７、特許文献８及び特許文献９、又は例えば、特許文献１０、特許文献１１、特許文献１２及び特許文献１３等のより古い文献で開示されている。
【0023】
特許文献１４は、炭化水素流のクラッキング・プロセスを開示しており、このクラッキング・プロセスは、以下：煙道ガスを生成するため、圧縮空気の存在下、ガス・タービン内で燃料を燃焼することであって、煙道ガスは、タービンを駆動し、連結された発電機内で電気を生成するか又は連結された回転機器に動力を供給するように作用する、燃焼すること、（ａ）煙道ガスの第１の部分を熱交換器に供給すること、（ｂ）煙道ガスの第１の部分によって加熱される熱交換器に周囲空気を供給し、加熱空気をもたらすこと、（ｃ）燃料、及びステップ（ｃ）によって得られた煙道ガスの第２の部分と加熱空気との混合体を炉に供給すること、（ｄ）炉内で炭化水素流をクラッキングすること、によって行われる。
【0024】
特許文献１５によれば、スチームクラッキング炉のための燃焼空気は、中圧蒸気と低圧蒸気との間接的な熱交換によって予熱され、中圧蒸気及び低圧蒸気は、蒸気タービンを通じて、エチレン生成施設の高温区分で生成された高圧蒸気から膨張されている。
【0025】
スチームクラッキング施設の加熱の概念を完全に又は部分的に修正すること、即ち、燃料の燃焼によって生成される熱ではなく、電気エネルギーによって生成される熱を完全に又は部分的に使用することは、かなり大幅な介入である。代替として、特に、既存の施設を改造する場合、あまり侵襲的ではない再設計オプションが望ましいことが多い。これらには、例えば、プロセス・ガス圧縮器又は異なる圧縮器の駆動に使用される蒸気タービンを、少なくとも部分的に電気駆動に代えることを含み得る。前述のように、そのような蒸気タービンは、クラッキング炉の対流区分内で回収された廃熱により生成した蒸気で部分的に動作し得るが、十分な蒸気量を供給するため、典型的には、燃焼蒸気ボイラを更に設けなければならない。したがって、上述した圧縮器の駆動に使用される蒸気タービンを、電気駆動に少なくとも部分的に代えることは、燃焼ボイラの負荷を低減又は回避し、これにより、局所的な二酸化炭素の排出を低減するのに適していることがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0026】
【特許文献1】欧州特許出願公開第３０７５７０４号明細書
【特許文献2】国際公開第２０２０／１５０２４４号
【特許文献3】国際公開第２０２０／１５０２４８号
【特許文献4】国際公開第２０２０／１５０２４９号
【特許文献5】国際公開第２０２０／０３５５７５号
【特許文献6】国際公開第２０１５／１９７１８１号
【特許文献7】欧州特許出願公開第３２４９０２８号明細書
【特許文献8】欧州特許出願公開第３２４９０２７号明細書
【特許文献9】国際公開第２０１４／０９０９１４号
【特許文献10】独国特許出願公開第２３６２６２８号明細書
【特許文献11】独国特許出願公開第１６１５２７８号明細書
【特許文献12】独国特許第７１０１８５号明細書
【特許文献13】独国特許出願公開第３３３４３３４号明細書
【特許文献14】国際公開第２０１８／０２０３９９号
【特許文献15】米国特許第４，６１７，１０９号明細書
【非特許文献】
【0027】
【非特許文献1】Ｕｌｌｍａｎｎ’ｓ Ｅｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａ ｏｆ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ、２００９年４月１５日、オンライン出版、ＤＯＩ：１０．１００２／１４３５６００７．ａ１０＿０４５．ｐｕｂ２内の項目「エチレン」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0028】
しかし、以下で更に説明するように、特に、そのような施設の部分の電化は、施設全体の熱平衡に著しい影響を及ぼす。即ち、圧縮器を駆動する蒸気タービンを電気駆動に代えた場合、以前は蒸気タービンの駆動のために使用された、施設内で生成される廃熱をもはや十分に利用することができない。もう一方で、燃焼炉を電気炉に代えた場合、以前は蒸気の供給、フィードの加熱等のために使用された煙道ガスからの廃熱は、利用が可能でなくなる。
【0029】
言い換えれば、スチームクラッキング部分の任意の二酸化炭素排出部分を代えることは、施設の全体動作に大幅な影響を及ぼすものであり、単に、１つの構成要素を別の構成要素を交換するという問題ではない。したがって、スチームクラッキング施設へのそのような構成要素の効率的で効果的な統合は、全体的な施設設計のため、特にエネルギー管理に関して、最も重要な事項である。したがって、このことが本発明の目的である。
【0030】
本発明は、これに関連して、特に、燃焼スチームクラッキング炉が、電気加熱スチームクラッキング炉に部分的に代えられる状況、又は電気加熱スチームクラッキング炉が、燃焼スチームクラッキング炉に加えて設けられる状況に関し、この結果、実質的に、蒸気タービン若しくは回転機器等の蒸気消費器のために電気加熱炉から生成され、利用可能な蒸気は、より少ないか又はこうした蒸気がない。更に、本発明の文脈において、ポンプ、圧縮器又は他の回転機器は、蒸気タービンの使用ではなく、電気エネルギーによって少なくとも部分的に駆動し得る。本発明は、詳細には、スチームクラッキング施設の「完全電化」が、部分的にのみ、即ち、電気燃焼炉に関して実現される一方で、他の炉が、電気駆動回転機器の使用により「部分的に電化される」にすぎない状況に関する。そのような状況において、前述のように、適合された動作モードを発見しなければならない。というのは、従来の良好に平衡の取れた蒸気生成及び消費の状況は、完全電化部分ではほぼ完全に変更されるが、従来の良好に平衡の取れた蒸気生成及び消費の状況は、部分電化部分でも平衡が取れなくなるためである。
【課題を解決するための手段】
【0031】
この背景に対して、本発明は、独立請求項の特徴を有するスチームクラッキングのための方法及びシステムを提案する。本発明の実施形態は、従属請求項及び以下の説明の主題である。
【0032】
本発明の特徴及び利点を更に説明する前に、本明細書で使用される一部の用語を更に説明する。
【0033】
用語「プロセス蒸気」は、炭化水素フィードがスチームクラッキングを受ける前、炭化水素フィードに加えられる蒸気を指すものとする。他の用語では、プロセス蒸気は、対応するフィードの一部である。したがって、プロセス蒸気は、一般に公知であるスチームクラッキング反応に関与する。プロセス蒸気は、特に、「プロセス水」の気化からの蒸気を含み、「プロセス水」とは、即ち、混合炭化水素／水流から、例えば、スチームクラッキング炉から回収されたプロセス・ガスから、又はプロセス・ガスの留分から、特に、容器／コアレッサ、脱酸素化ユニット内の重力分離によって、又はフィルタの使用により、事前に分離した水である。
【0034】
「プロセス・ガス」は、ガス混合体であり、スチームクラッキング炉に通され、その後、クエンチング、圧縮、冷却及び分離等の処理ステップを受ける。プロセス・ガスは、スチームクラッキング炉に供給される場合、スチームクラッキングを受ける蒸気及びエダクト炭化水素を含み、即ち、スチームクラッキングにかけられる「フィード流」も、本明細書ではプロセス・ガスとも呼ばれる。識別が必要な場合、プロセス・ガスは、「スチームクラッキング炉に導入されるプロセス・ガス」及び「プロセス・ガス・エフルエント」又は同様のもの等の言い回しによって示される。スチームクラッキング炉を離れる際、プロセス・ガスは、クラッキング生成物中で富化され、特に、抽出炭化水素中で枯渇される。後続の処理ステップの間、プロセス・ガスの組成は、例えば、プロセス・ガスから分離される留分のために、更に変化し得る。
【0035】
用語「高純度蒸気」は、プロセス蒸気とは対照的に、浄化ボイラ給水の気化から生成される蒸気を指すものとする。高純度蒸気は、典型的には、ＶＧＢ－Ｓ－０１０－Ｔ－００又は同様のもの等、当技術分野で通例の規格によって指定される。高純度蒸気は、典型的には、プロセス水から生成される蒸気を含まない。というのは、プロセス水は、典型的には、プロセス・ガスからのいくつかの更なる成分を含有するためである。
【0036】
用語「フィード炭化水素」は、スチームクラッキング炉において、プロセス・ガス中でスチームクラッキングを受ける少なくとも１つの炭化水素を指すものとする。用語「ガス・フィード」が使用される場合、フィード炭化水素は、支配的又は排他的に、分子ごとに２から４個の炭素原子を有する炭化水素を含む。対照的に、用語「液体フィード」は、支配的又は排他的に、分子ごとに４から４０個の炭素原子を有する炭化水素を含むフィード炭化水素を指すものとし、「重フィード」は、この範囲の上端にある。
【0037】
用語「電気炉」は、概して、クラッキング・コイル内でのプロセス・ガスの加熱に必要な熱が、支配的又は排他的に、電気によって供給されるスチームクラッキング炉のために使用し得る。そのような炉は、有線接続及び／又は誘導送電のいずれかを介して、電力供給システムに接続される１つ又は複数の電気加熱デバイスを含み得る。加熱デバイス材料の内側では、印加された電流が、ジュール加熱による体積熱源を生成している。クラッキング・コイル自体を電気加熱デバイスとして使用する場合、放出された熱は、対流－伝導伝熱によってプロセス・ガスに直接伝達される。個別の電気加熱デバイスを使用する場合、ジュール加熱によって放出される熱は、まず、加熱デバイスからクラッキング・コイルに、好ましくは放射を介して、より小規模には、対流を介して、次に、クラッキング・コイルからプロセス・ガスに、対流－伝導伝熱によって、加熱デバイスからプロセス・ガスに間接的に伝達される。プロセス・ガスは、クラッキング炉に供給する前に様々な様式で予熱し得る。
【0038】
用語「燃焼炉」は、対照的に、概して、クラッキング・コイル内でのプロセス・ガスの加熱に必要な熱が、支配的又は排他的に、１つ又は複数バーナの使用による燃料の燃焼によって供給されるスチームクラッキング炉である。プロセス・ガスは、クラッキング炉に供給する前に様々な様式で予熱し得る。
【0039】
用語「ハイブリッド加熱概念」は、概して、スチームクラッキングにおいて、電気炉と燃焼炉との組合せが使用される場合に使用し得る。本発明の文脈において、単一のクラッキング・コイルが、１つの燃焼炉又は１つの電気炉に厳密に属することが好ましく見越される。即ち、各クラッキング・コイルは、排他的に電気エネルギーによって、又は排他的に燃焼によって加熱される。
【0040】
用語「支配的に」は、本明細書では、少なくとも５０％、６０％、７０％、８０％、９０％又は９５％の比率又は含量を指し得る。
【0041】
本明細書で使用する用語「回転機器」は、圧縮器、送風器、ポンプ及び発電機から選択される１つ又は複数の構成要素に関連することができ、そのような回転機器は、電気モータ、蒸気タービン又はガス・タービン等の機械エネルギー源によって回転駆動である。
【0042】
「複数流熱交換器」は、特に、例えば最初に述べたＵｌｌｍａｎｎの論文で述べられる「急冷交換器（ＴＬＥ、ｔｒａｎｓｆｅｒ ｌｉｎｅ ｅｘｃｈａｎｇｅｒ）」の場合のように、冷却される媒体が複数の通路に通される熱交換器である。
【0043】
発明の利点
本発明者等の知る限り、上記で表した解釈において、燃焼炉のみならず電気炉も収容するスチームクラッカ施設（以下、「スチームクラッキング装置」又は「システム」とも呼ぶ）、即ち、「ハイブリッド」施設を専用に最適化する記述はなかった。電気加熱クラッキング炉についての既存の文献は、電気コイル加熱区分自体の設計及び動作に制限されている。（予熱区分とクエンチ区分とを含む）完全な炉構成に統合する概念に関する入手可能な情報も、燃焼炉が存在するより広範なクラッカ施設構成に統合する概念に関する入手可能な情報も、ほとんどない。このことは、上述の最近の公報、即ち、特許文献２、特許文献３及び特許文献４を除いて、当てはまるが、これらの公報も、電気炉と燃焼炉との一緒の稼働に適合された解決策を提供するものではない。
本発明者等の知る限り、上記で表した解釈において、燃焼炉のみならず電気炉も収容するスチームクラッカ施設（以下、「スチームクラッキング装置」又は「システム」とも呼ぶ）、即ち、「ハイブリッド」施設を専用に最適化する記述はなかった。電気加熱クラッキング炉についての既存の文献は、電気コイル加熱区分自体の設計及び動作に制限されている。（予熱区分とクエンチ区分とを含む）完全な炉構成に統合する概念に関する入手可能な情報も、燃焼炉が存在するより広範なクラッカ施設構成に統合する概念に関する入手可能な情報も、ほとんどない。このことは、上述の最近の公報、即ち、特許文献２、特許文献３及び特許文献４を除いて、当てはまるが、これらの公報も、電気炉と燃焼炉との一緒の稼働に適合された解決策を提供するものではない。
【0044】
したがって、本発明は、初めて、低排出～ゼロ排出のスチームクラッカにおける熱量の平衡を取り、熱量を分散することを可能にする概念を提供し、このスチームクラッカは、燃焼炉以外に電気炉を特徴とする。本発明により提供される概念及び解決策は、以下の任務又は要件を満たす施設構成及び炉システムの設計を可能にするものである：
－燃焼又は電気加熱クラッキング・コイル又は炉内で、５５０から７５０℃の間の入口温度から８００から９００℃の間の出口温度まで、予め混合した炭化水素／蒸気を加熱する。
－２０から１５０℃の間の典型的な供給温度から５５０から７５０℃の間の上述のコイル入口温度まで、炭化水素フィード流を予熱する、及び液体フィードの場合、炭化水素フィード流を気化させる。炭化水素フィード流の予熱及び気化は、プロセス蒸気を事前に加えて又は加えずに行われ、プロセス蒸気は、典型的には、１３０から２００℃の間の温度レベルで炉システムに供給される。
－１つ又は複数の複数流熱交換器内で、クラッキング・コイルの下流のプロセス・ガスを効果的に、かなり急速に、３００から４５０℃（液体原料）又は１５０から３００℃（ガス原料）の温度まで冷却し、プロセス・ガスからの熱回収を可能にする。
－安全、確実で効率的な施設の稼働を保証するため、電気炉と燃焼炉との間、及び炉システムと残りのスチームクラッカ施設との間のエネルギー流の平衡を保つ。
－燃焼又は電気加熱クラッキング・コイル又は炉内で、５５０から７５０℃の間の入口温度から８００から９００℃の間の出口温度まで、予め混合した炭化水素／蒸気を加熱する。
－２０から１５０℃の間の典型的な供給温度から５５０から７５０℃の間の上述のコイル入口温度まで、炭化水素フィード流を予熱する、及び液体フィードの場合、炭化水素フィード流を気化させる。炭化水素フィード流の予熱及び気化は、プロセス蒸気を事前に加えて又は加えずに行われ、プロセス蒸気は、典型的には、１３０から２００℃の間の温度レベルで炉システムに供給される。
－１つ又は複数の複数流熱交換器内で、クラッキング・コイルの下流のプロセス・ガスを効果的に、かなり急速に、３００から４５０℃（液体原料）又は１５０から３００℃（ガス原料）の温度まで冷却し、プロセス・ガスからの熱回収を可能にする。
－安全、確実で効率的な施設の稼働を保証するため、電気炉と燃焼炉との間、及び炉システムと残りのスチームクラッカ施設との間のエネルギー流の平衡を保つ。
【0045】
以前の公報は、プロセス・ガス流からの熱を、例えばフィード予熱又はプロセス蒸気生成のために回収、利用し得ることを示しているかもしれないが、スチームクラッカ施設及び隣接する化学コンビナートにおいて、使用可能なプロセス熱を他のプロセス熱消費器の資源にどのように供給するかに対する解決策は、提供されていない。蒸気を１次エネルギー・キャリアとしてこれ以上使用しない示唆はあったかもしれないが、施設内の全ての加熱の任務に電気が使用されたとしても、上述の熱供給問題は答えのないままである。上記は、些細な解決策というよりむしろ、エネルギー最適化からは程遠い。というのは、電気を低温での加熱目的で使用すると、著しいエクセルギーの損失をもたらすためである。従来技術の他の実施形態では、生成される蒸気は、発電機システムと結合された蒸気タービン内で電気を生成する目的で、強力に過熱される。このことも、問題のある解決策である。というのは、元は電気加熱反応器システム内で生成された蒸気から電気を生成すると、やはり、かなり高いエクセルギーの損失及び最適ではないリソース管理を引き起こすためである。
【0046】
燃焼炉に加えて、本発明により使用される電気クラッキング炉は、対流区域を特徴としないため、蒸気タービンの駆動に適している蒸気がわずかに生成される、又は蒸気が全く生成されない。したがって、本発明によれば、施設の分離区分において主要ガス圧縮器を駆動するのに必要な機械エネルギーを回収する蒸気タービン、又は電力を生成する蒸気タービンは、電気駆動によって少なくとも部分的に代えることができる。本発明によれば、そのような解決策は、好ましく、したがって、対応する施設のより一層効果的な稼働を可能にする。本発明によれば、完全に電化された大型圧縮器及びポンプの駆動は、好ましくは、電気炉と燃焼炉との前記組合せに関連し、電気炉と燃焼炉との前記組合せは、高純度蒸気を他のプロセス・ユニットに継続的に供給するが、好ましくは、以下で示されるように、前記高純度蒸気の（電力ではなく）主に支配的な熱の利用を考慮する蒸気条件の修正を含む。
【0047】
本発明は、炉及び全体的な施設設計、並びに説明した設置作業、即ち、電気炉を燃焼炉に加えて設ける設置作業の点で、プロセスの新たな解決策を提案する。概説すると、本発明は、「蒸気生成器及び蒸気消費器が少なくとも部分的に修正される、電気炉と燃焼炉とを混合するハイブリッド・スチームクラッカ施設において、統合された動作概念をどのように実現し得るか？そのような低排出～ゼロ排出ハイブリッド・スチームクラッキング・システムにおいて、どのように熱量の平衡を取り、熱量を分散し得るか？」の問題に対する解決策を提供する。前述のように、スチームクラッキング部分の二酸化炭素を排出する可能性のある部分を代えることは、施設の全体動作に強力な影響を及ぼすものであり、１つの構成要素を別の構成要素を交換するという問題ではない。
【0048】
本発明による２つの種類の炉を使用することは、２つの異なる主要エネルギー源（電気又は燃料ガス）を炉に対して使用することを意味し、一方（燃料ガス）は、他方（電気）より貯蔵が容易である。したがって、全ての利用される炉のサブシステムに対する主要な共通点は、炉の主要エネルギー需要を変更する一方で、化学製品生成率を一定に保つ能力である（即ち、予熱器及びコイル内のプロセスによって吸収される合計熱負荷が、一定のフィード流及び組成物に対して一定である）。変更は、様々な手段によって、例えば、流れの特性（温度、圧力、流量）の設定点の変更によって、迂回管路を（部分的に）開／閉することによって、機器に固有のプロセス・パラメータ（熱負荷、動作圧力）を変更することによって、又はプロセス・パラメータの他の変更によって、行い得る。
【0049】
各炉において、一定生成のためのエネルギーの平衡を取ることに加えて、本発明は、炉内の化学製品生成率を更に変える又は修正することによって、より大きな変更を可能にする。蒸気生成が可変であり、蒸気システムにおける熱エネルギーの貯蔵が固有であることで、本発明は、スチームクラッカ施設の内側及び外側からの関連機器に適合する最大の動作柔軟性をもたらす。そのような要件は、例えば、再生可能電源を利用できないことにより、電気の移入を一時的に最小化すること、又は熱の送出を最大化し、隣接施設若しくはプロセス・ユニットに対する蒸気供給開始を促進することであり得る。
【0050】
以下で説明する図２に示すように、本発明によるスチームクラッカ施設又はシステムは、水素富化留分の使用、生成又は貯蔵に専用の１つ又は複数のプロセス・ユニット、例えば、水素分離ユニット、電気分解装置、アンモニア分解ユニット、燃料電池又はガス保管所を含み得る。水素富化燃料留分の緩衝が典型的には必要ではない場合、燃料ガスの平衡が更なる天然ガスの移入を介して行われるために、本発明によるスチームクラッカ施設又はシステムは、従来の燃焼スチームクラッカとは著しく異なる。本発明による施設において、動作中の燃焼炉の数及び燃焼空気予熱の設定レベルに応じて、施設の燃料ガスの平衡は、不足（燃料ガスの移入、生成、及び貯蔵の積降し）から余剰（燃料ガスの移出、消費、及び貯蔵の積込み）まで変動し得る。特に、燃料ガスの平衡は、施設の動作中、上述の現在の動作要件に応じて、例えば、電力網の安定化のため、不足から余剰まで、その逆も同様に変動し得る。
【0051】
単に電気炉を伴うスチームクラッキング・システムにおいて、水素富化留分は、例えば、水素化反応器のためのフィードとして制限された量でしか消費できず、それ以外の場合、貯蔵又は移出しかできない。というのは、この施設は水素を１次エネルギー・キャリアとして直接使用できないためである。水素富化留分の間接的な使用は、燃料電池内で水素富化留分を電気に変換することによって行い得るが、これにより、顕著なエネルギーの損失を生じさせる。本発明は、燃料をかなり高レベルで利用する状態、即ち、エネルギー損失の低い状態で、大量の水素富化留分を直接エネルギー・キャリアとして使用する利益を提供する。
【0052】
様々な特許文献は、同じ炉システム内、即ち、特に、同じ炉の火室内で加熱する燃焼コイルと電気コイルを組み合わせたハイブリッド炉の潜在的な使用について述べている。本発明は、それを承知の上でこの解決策を除外する。というのは、この最新技術は、全ての関連プロセス、安全性、システム、動作及び材料要件の検討に基づいた、特定の様式でのそのようなハイブリッド炉の設計の仕方について、実行可能な技術的解決策を提供していないためである。
【0053】
したがって、本発明の本質は、炉の内部に加熱原理を組み合わせることではなく、より大規模な施設構成で、そのようなハイブリッド施設一式の内部に複数の柔軟な方策を含めることによる。
【0054】
本発明により使用される蒸気システムは、異なる圧力及び温度レベルでいくつかの蒸気ヘッダを備え、適切な温度レベルで各消費器に熱を送出し得る。蒸気が、更なるボイラ給水注入と共にタービン段及び／又は降下ステーションを介してより高い圧力蒸気ヘッダからより低い圧力蒸気ヘッダに伝達される従来のスチームクラッカ施設とは反対に、本発明により提供され、以下で更に説明される炉内の中度蒸気過熱は、弁及び／又はノズルの使用によって蒸気を容易に伝達し、圧力レベルの低下を可能にする。選択された範囲の初期蒸気過熱は、膨張中の位相変化を回避する。様々な燃焼炉及び電気炉のトポロジを、本発明により使用し、互いに組み合わせ得る。
【0055】
前述のように、現在のスチームクラッカ施設において、炉から移出される蒸気は、タービン駆動（機械エネルギー回収）及び熱交換器（熱エネルギー回収）の両方によって消費され、熱及び電力の複合システムをもたらす。圧縮器の駆動を電化することによって、再生可能電気の移入から利益を得て、一般にも使用し得る蒸気－タービン駆動圧縮器又は発電機によって生じるエクセルギー損失を低減し得る。これと引き替えに、修正された蒸気システムは、好ましくは、熱回収システムに縮小される。本発明の特に好ましい実施形態によれば、以下で更に説明するように、及び前述のように、圧縮器駆動の少なくとも一部の電化が実現される。
【0056】
特に好ましい実施形態では、両方の種類の炉（燃焼炉及び電気炉）は、分解ガス蒸気を送出し、分解ガス蒸気は、下流の分離シーケンスで更なる処理のために結合され、好ましくは、電気駆動圧縮器の使用により一緒に圧縮される。更に、両方の種類の炉は、中度過熱蒸気を生成、好ましくは移出し、中央蒸気システムに供給し、中央蒸気システムは、蒸気の形態の熱を、スチームクラッカ施設内外の様々なプロセス熱消費器に送出する。
【0057】
したがって、本発明は、そのような実施形態では、蒸気流からの大規模な機械エネルギー回収を伴わない、又はこれを少なくとも伴わない、スチームクラッカ施設への統合を特に目的とし、この修正された使用事例を利用し、排出及びエネルギー効率の点で炉の動作を最適化するクラッキング炉の概念を呈する。
【0058】
既存の従来技術は、これらの任務をどのように解決するかについての例を含まない。というのは、公知の燃焼炉の統合概念は、豊富な廃熱が従来のクラッキング炉内で利用可能であるために、機械エネルギーの回収が意図される蒸気の生成に依拠するためである。燃焼炉の統合概念は、熱が高熱煙道ガス流から回収される対流区域の存在に厳密に依拠する。そのような対流区域は、燃焼炉以外、本発明により使用される電気炉には存在せず、したがって、単純な公知の燃焼炉と電気炉との複合は、燃焼炉の場合は著しい廃熱利用が必要であり、要求されるが、電気炉の場合は著しい廃熱利用が必要ではなく、要求されない状況をもたらすと思われる。本発明は、これに関係する解決策も提供する。
【0059】
上述した一部の文献では、燃焼炉と一部電化分離列とを結合する実施形態を含むため、同様の課題が提示されている。フィード－エフルエント交換器の提供が示されているが、装置設計についての詳細な情報が示されておらず、実用的な実現についての未解決の問題に答えていない。従来技術から公知の実施形態は、対流区分での強力な過熱蒸気の生成を含み、例えば、分解ガス圧縮器を駆動する蒸気タービンでの使用に適している従来の移出蒸気条件を伴う。しかし、本発明により提供される解決策は、提案されていない。
【0060】
前述のように、スチームクラッカへの電気炉の効率的で効果的な統合は、全体的な施設設計のため、特にエネルギー管理に関して、最も重要な事項である。このことは、本発明のように、燃焼炉が存在し、電気炉が燃焼炉に加えて設けられる場合、特に当てはまる。大きな困難は、前述のように、電気加熱炉が対流区域を特徴としないことから生じる。このことは、既に述べたように、燃焼クラッキング炉において、熱入力全体の４０から６０％は、対流区域内で回収され、様々な目的で使用し得るため、重要である。
【0061】
本発明によれば、スチームクラッキング装置又はシステムを使用するスチームクラッキング方法が提案され、装置又はシステムは、１つの第１のスチームクラッキング炉ユニット又は複数の第１のスチームクラッキング炉ユニットと、１つの第２のスチームクラッキング炉ユニット又は複数の第２のスチームクラッキング炉ユニットとを含む。本発明によれば、１つの第１のスチームクラッキング炉ユニット又は複数の第１のスチームクラッキング炉ユニットのそれぞれは、１つ又は複数の燃焼スチームクラッキング炉を備え、１つの第２のスチームクラッキング炉ユニット又は複数の第２のスチームクラッキング炉ユニットのそれぞれは、１つ又は複数の電気スチームクラッキング炉を備える。更に本発明によれば、１つの第１のスチームクラッキング炉ユニット又は複数の第１のスチームクラッキング炉ユニットのそれぞれは、１つ又は複数の燃焼スチームクラッキング炉に供給される燃焼空気の少なくとも一部を少なくとも１００℃の温度まで予熱するように適合された手段を備える。本発明によって提供される解決策の特定の利点に関し、以下の説明を参照されたい。一方で、すぐ以下で、更なる有利な実施形態を説明する。
【0062】
本明細書で使用される言い回しにおいて、用語「炉ユニット」は、分解ガスがスチームクラッキング炉（複数可）から回収される少なくとも１つのスチームクラッキング炉、及び少なくとも１つのクエンチ冷却列、並びにクエンチ冷却列（複数可）と熱結合する少なくとも１つの蒸気生成装置が動作接続して設けられる装置を指すものとする。用語「炉」は、電気的に動作されるスチームクラッキングのコイルボックス及び関連するフィード予熱及び／又は蒸気過熱機器、並びに燃焼スチームクラッキングのコイルボックス（放射区域）及び関連するフィード予熱及び／又は蒸気過熱機器（対流区域）及び／又は燃焼空気予熱機器のために使用される。したがって、以下の電気炉の「コイルボックス」に言及する場合、コイルボックスは、クラッキング・コイルが中に配置され、プロセス・ガスのみがかなりの程度まで、最大温度レベルまで加熱される炉の一部を指すものとするが、他の流れのための予熱機器を指さない。
【0063】
本発明による方法の一実施形態では、たった今説明したことを一部繰り返すが、１つの第１のスチームクラッキング炉ユニット又は複数の第１のスチームクラッキング炉ユニットのそれぞれにおいて、１つの第２のスチームクラッキング炉ユニット又は複数の第２のスチームクラッキング炉ユニットのそれぞれにおいて、１つ又は複数のスチームクラッキング炉は、少なくとも１つの蒸気生成装置と熱結合する少なくとも１つのクエンチ冷却列に連結される。
【0064】
詳細には、第１のスチームクラッキング・ユニットにおいて、第１の（燃焼）スチームクラッキング炉は、第１のクエンチ冷却列に連結され、第２のスチームクラッキング・ユニットにおいて、第２の（電気）スチームクラッキング炉は、第２のクエンチ冷却列に連結される。「スチームクラッキング炉ユニット」と呼ばれるユニット内に更なる装置と一緒に好ましく設けられる「１つの」スチームクラッキング炉に言及する場合、このことは、更なる「第１の」若しくは更なる「第２の」スチームクラッキング炉若しくはユニットが存在し得ること、及びこれらが、個々に又は群で共通の「第１の」若しくは「第２の」クエンチ冷却列に連結し得ること、又はいくつかの「第１の」若しくは「第２の」クエンチ冷却列に個々に連結し得ることを除外しないことに留意されたい。以下、任意のユニットに単数形で言及する場合、その唯一の理由は、本発明の範囲を限定せずに、本発明を説明する言い回しを簡略化するためである。
【0065】
本発明によるプロセスにおいて、特に、複数のプロセス・ガス流は、第１のスチームクラッキング炉及び第２のスチームクラッキング炉に同時に通され、その後、第１のスチームクラッキング炉ユニット及び第２のスチームクラッキング炉ユニットのそれぞれの第１のスチームクラッキング炉及び第２のスチームクラッキング炉に連結されたクエンチ冷却列に通される。
【0066】
本発明によれば、蒸気生成装置を使用すると、３０から１７５バールの絶対圧力の間の第１の圧力レベル、及び第１の温度レベルにおける少なくとも過熱高圧蒸気が生成され、第１の温度レベルより高い温度レベルにおける蒸気は、生成されない。第１の圧力レベルにおける過熱高圧蒸気は、特に、共通の蒸気供給及び分散システムにおいて、少なくとも部分的に、断熱的及び等エントロピ的に第１の圧力レベルを下回る第２の圧力レベルまで膨張され、過熱高圧蒸気の温度レベルは、第２の温度レベルまで低下する。第１の温度レベルは、断熱及び等エントロピ膨張の間、２０バールより大きい中間圧力レベルに到達した各中間温度レベルが、断熱及び等エントロピ膨張の間、それぞれの中間圧力レベルにおいて、蒸気の露点を上回る５から１２０Ｋの間であるように選択される。
【0067】
本発明の一実施形態によれば、第１のスチームクラッキング炉ユニット及び第２のスチームクラッキング炉ユニットのスチームクラッキング炉（複数可）は、回転機器としての１つ若しくは複数の圧縮器及び／又はポンプと同時に動作し、特に、クラッキング炉（複数可）から回収されたプロセス・ガス若しくは「分解ガス」又はクラッキング炉（複数可）から導出されたガス及び／若しくは液体流を圧縮し得る。そのような実施形態によれば、回転機器は、電気エネルギーによって少なくとも部分的に駆動される。回転機器は、特に、第１のスチームクラッキング炉ユニット及び第２のスチームクラッキング炉ユニットと関連するスチームクラッキング装置の１つ又は複数の分離列の一部を形成し得る。又は回転機器は、そのような１つ又は複数の分離列内で分離される１つ若しくは複数のプロセス・ガス流又はこれらから生成される１つ若しくは複数のガス流の調製に適合し得る。分離列は、文献から一般に公知であるように実現でき、脱メタン化装置、脱エタン化装置、脱プロパン化装置、分割装置、水素化ユニット、吸収カラム、精留カラム、冷凍ユニット、吸収装置及び熱交換器から選択される段又は機器を含み得る。
【0068】
過熱高圧蒸気が、本発明による前記断熱及び等エントロピ膨張を受ける第１の温度レベルは、好ましくは、断熱及び等エントロピ膨張の間、２０バールより大きい中間圧力レベルに到達した各中間温度レベルが、断熱及び等エントロピ膨張の間、それぞれの中間圧力レベルにおいて、前記蒸気の露点を上回る１０から１００Ｋの間、特に、２０から８０Ｋの間であるように選択される。
【0069】
言い換えれば、全ての場合において、膨張蒸気は、本発明による第１の温度レベルを選択することによって、中度過熱レベルに保たれる一方で、同時に、２０バールを上回る全ての中間圧力レベルの間、膨張プロセス全体を通して沸点曲線から十分な距離で保持される。沸点曲線は、２相領域に達し得る又は２相領域を少なくとも一時的に通過し得る場合のように、４０バールより多い第１の圧力レベルから開始される膨張の場合、特に関連する。このことは、本発明により回避される。更に、本発明による蒸気過熱を制限することによって、必須ではない蒸気生成プロセスにおける高温での熱交換負荷が低減され、これにより、必須のプロセス加熱目的、例えば、フィード予熱に対する高温加熱資源の利用可能性を増大する。
【0070】
第１の圧力レベル及び第１の温度レベルにおける、過熱高圧蒸気は、好ましくは、プロセス水から生成される蒸気を含まず、好ましくは、ボイラ給水から生成される蒸気のみを含む。したがって、過熱高圧蒸気は、好ましくは、蒸気で規定される高純度蒸気である。過熱高圧蒸気は、好ましくは、１つ又は複数のプロセス・ガス流の生成時には使用されない。即ち、過熱高圧蒸気は、スチームクラッキング反応に関与しない。
【0071】
言い換えれば、本発明によれば、中度過熱高純度蒸気流は、対応する圧力レベル、即ち、第１の圧力レベルで生成、移出され、用語「移出」は、この関連では、蒸気生成装置からの回収に関連し、システム全体からの回収には関連しないか、又は必ずしも関連しない。この蒸気は、蒸気過熱レベルが、例えば、蒸気搬送中に腐食をもたらし得る凝縮を防止するように本質的に選択されるため、「乾き」蒸気とも呼び得る。場合によっては最小圧力、即ち、第２の圧力レベルまで下げられて加えられる断熱及び等エントロピ膨張がある場合、膨張中、２０バールを上回る任意の中間圧力レベルにある蒸気流の露点限界は、既に上記で述べた範囲内にある。
【0072】
本発明は、上記で既に述べ、特に、更なる実施形態に関連して以下で更に述べる方策と共に、部分電化「ハイブリッド」スチームクラッカ施設又はシステム設計の文脈において、燃焼スチームクラッカ炉を再設計する新規の概念を提案する。
【0073】
本発明の一実施形態による高圧蒸気の過熱を制限する解決策は、従来の燃焼炉及びタービン駆動大型回転機器に基づくスチームクラッカ設計の現在の最新技術を打開するものである。この技術選択は、部分電化スチームクラッカ設計の文脈において、最も効率的な解決策を表すものであり、「部分電化」とは、全てではないが、一部のクラッキング炉、及び実施形態によれば、回転機器に関連する一方で、スチームクラッキング炉の一部は、依然として、本発明による燃焼炉として設けられる。
【0074】
実際、炉区分における（典型的には、炉出口において１５０Ｋより多い露点限界にある）高過熱圧力蒸気の生成という現在の慣例は、対流区分内に大量の廃熱エネルギーがあること、並びに蒸気タービン内で圧縮器及びポンプ又は発電機を駆動する蒸気の使用が可能であることによって至ったものである。タービン抽気部又はタービン出口から取られ、低減した圧力蒸気は、様々なレベルでプロセス熱を供給するために更に使用される。したがって、従来の装置において、蒸気の生成及び使用に関する柔軟性は、制限されている。
【0075】
詳細には、本発明により使用される電気クラッキング炉（複数可）は、対流区域を伴わずに設けられる。本明細書では、「対流区域を伴わない」電気クラッキング炉に言及する場合、この電気クラッキング炉は、著しい量の典型的には５００ｋＷより多いプロセス熱が煙道ガス流から連続的に回収される区域がないことに関係する。他の観点では、対流区域を伴わない電気クラッキング炉は、著しい量の典型的には５００ｋＷより多いプロセス熱を意図的に冷却し連続的に回収する煙道ガス流からの二酸化炭素排出を伴わないクラッキング炉である。しかし、炉システムは、プロセスの目的ではない二酸化炭素排出源、例えば、ガス排出煙突の出口における安全関連パイロット・バーナを特徴とする。しかし、これらは、著しく低量の一般には回収不可能な熱をもたらす。
【0076】
したがって、概して、電気炉コイルボックス（複数可）において、炭化水素クラッキング動作中、好ましくは、１０００ｋＷ以下の熱量が顕熱としてプロセス・ガス流以外の流れに伝達され、この流れは、本発明による電気クラッキング炉ボックス（複数可）に通されるか又はこれらから回収される。そのような他の流れは、例えば、高純度蒸気流とし得る。別様に表現すると、コイルボックス内でプロセス・ガス以外の流れに伝達される前記熱は、同じコイルボックス内でプロセス・ガスに伝達される熱の５％以下又は３％以下とすることもできる。用語「コイルボックス」については、既に上記した説明を参照されたい。
【0077】
部分電化システムにおいて、本発明によるクラッキング炉のために使用されるクラッカの分離列では、蒸気タービンの代わりに、電気圧縮器駆動装置を使用すると、エクセルギー損失の低減をもたらす。したがって、蒸気タービンを除去した後、分離列内に高過熱高圧蒸気の効率的な使用はない。したがって、過熱レベルの低減により、本発明は、主要プロセス流、又はその成分、即ち、フィード炭化水素及び／若しくはプロセス蒸気に必要な予熱のため、炉のクエンチ区分及び対流区分内で回収された熱エネルギーの大部分の使用を可能にする。更に、以下で更に説明するように、そのような熱エネルギーは、燃料が燃焼される燃焼空気の予熱に使用し得る。
【0078】
したがって、本発明の特に好ましい実施形態によれば、第１のクラッキング炉ユニット及び／若しくは第２のクラッキング炉ユニットのクラッキング炉（複数可）の１つ若しくは複数のクラッキング炉コイルボックスに通される前の１つ若しくは複数のプロセス流、又は１つ若しくは複数のプロセス流の生成に使用されるフィード炭化水素及び／若しくはプロセス蒸気、又は燃焼に使用される空気は、前記コイルボックス（複数可）下流の１つ又は複数のプロセス流から回収された熱、即ち、「プロセス・ガス」又はプロセス・ガスから生成された「分解ガス」から回収された熱を使用して少なくとも部分的に加熱される。
【0079】
前記クラッキング炉コイルボックス（複数可）下流の１つ又は複数のプロセス流から回収された熱は、特に、１つ若しくは複数の直接フィード－エフルエント交換器、即ち、前記コイルボックス（複数可）下流のプロセス流若しくはプロセス流の１つが、前記コイルボックス（複数可）に通される前に１つ若しくは複数のプロセス流と直接熱接触する１つ若しくは複数の熱交換器内の前記コイルボックス（複数可）下流の１つ若しくは複数のプロセス流、又は１つ若しくは複数のプロセス流の生成に使用されるフィード炭化水素及び／若しくはプロセス蒸気から少なくとも部分的に回収でき、「直接熱接触」とは、本明細書では、中間熱交換流体を介する熱伝達によってではなく、１つ又は複数の直接フィード－エフルエント熱交換器の１つ又は複数の（金属）界面層を通じた熱伝達によって実現されるものと理解されたい。
【0080】
代替又は追加として、第１のクラッキング炉ユニット及び／又は第２のクラッキング炉ユニットのクラッキング炉ユニット（複数可）のクラッキング炉コイルボックス下流の１つ又は複数のプロセス流から回収される熱は、蒸気を使用して前記コイルボックス（複数可）下流の１つ又は複数のプロセス流から少なくとも部分的に回収でき、この蒸気は、その後、前記コイルボックス（複数可）に通される前の１つ又は複数のプロセス流、又は１つ若しくは複数のプロセス流の生成に使用されるフィード炭化水素及び／若しくはプロセス蒸気の加熱に使用される。
【0081】
本発明の特に好ましい実施形態では、第１のクラッキング炉ユニット及び／又は第２のクラッキング炉ユニットのクラッキング炉（複数可）の炉コイルボックスに通される前の、フィード予熱、即ち、１つ又は複数のプロセス流の加熱の少なくとも一部、又は１つ若しくは複数のプロセス流の生成に使用されるフィード炭化水素及び／若しくはプロセス蒸気は、蒸気生成装置の複数流熱交換器内の飽和蒸気又は中度過熱高圧蒸気に対して実施し得る。
【0082】
本発明の全ての実施形態では、所与の範囲内、即ち、第１の温度レベルでの中度過熱は、プロセス熱消費器への簡単で柔軟性のある熱供給を更に可能にする。というのは、異なる温度レベルでの消費器への分散が、炉によって移出される中度過熱蒸気の単相の断熱及び等エントロピ膨張によって単純に行うことができ、特に、過熱低減のための更なるボイラ給水注入を伴う蒸気レベル全体のための降下ステーション及び／又は従来の装置のようなタービン段を必要としないためである。従来の装置において、そのような方策は、過熱蒸気の蒸気パラメータ及び蒸気膨張が、蒸気によって駆動される回転機器の蒸気要件によって大幅に支配されるため、必要である。
【0083】
蒸気生成装置は、特に、飽和蒸気の生成、及びその後の飽和蒸気の中度過熱で使用される。飽和蒸気生成は、本発明によれば、第１のクラッキング炉ユニット及び／又は第２のクラッキング炉ユニットのクラッキング炉（複数可）のクラッキング炉コイルボックス下流に配置された１つ又は複数のクエンチ冷却列内、即ち、１つ若しくは複数の１次クエンチ交換器及び／又は２次クエンチ交換器内で支配的に又は完全に実施し得る。本発明の好ましい実施形態により提供される中度蒸気過熱は、燃焼クラッキング炉（複数可）の１つ又は複数の対流区分内、特に、フィード予熱バンドルの間に位置する熱交換器バンドル内で支配的に又は完全に実施し得る一方で、第２の（電気）クラッキング炉（複数可）ユニット（複数可）の場合、クエンチ冷却列（複数可）内で実施し得る。各場合において、蒸気過熱は、中間ボイラ給水注入を伴って又は伴わずに、１つ又は複数の過熱段で、特に、対流区域内で加熱する場合、行い得る。ある程度のボイラ給水の予熱は、（燃焼炉の対流区域内に配置される）エコノマイザ・バンドル内及び／又は（炉ユニットのクエンチ冷却列内に配置される）１つ若しくは複数の２次クエンチ交換器若しくは３次クエンチ交換器内で実施し得る。
【0084】
用語「１次」、「２次」及び「３次」は、クエンチ交換器に関連して使用され、本質的に、クエンチ冷却列内のクエンチ交換器の位置を指す一方で、プロセスの任務の観点で固定された関係は、存在しない場合がある。液体フィード炉のための現在の最新技術は、２つのクエンチ交換器を見越している一方で、３つのクエンチ交換器は、典型的にはガス・フィード炉のために設けられる。より以前の炉設計では、１つのみのクエンチ交換器を有する構成が一般に見られる。標準的な炉設計では、１次交換器は、典型的には、気化ボイラ給水に対して冷却する。２次クエンチ交換器は、ボイラ給水を（部分的に）気化する又は予熱する。３次クエンチ交換器は、典型的には、ボイラ給水を予熱する。顕著な例外は、クエンチ交換器がフィードの予熱のために使用されることである。
【0085】
本発明によれば、クエンチ冷却列は、少なくとも電気炉（複数可）の場合、好ましくは、少なくとも２つの個別冷却段を備えるように動作し、冷却段の第１の段において、電気クラッキング炉から回収されるプロセス・ガス流の少なくとも一部は、３０から１７５バールの間、詳細には６０から１４０バールの間、より詳細には８０から１２５バールの間の絶対圧力レベルで気化ボイラ給水に対して冷却され、冷却段の第２の段において、電気クラッキング炉から回収されるプロセス・ガス流の少なくとも一部は、プロセス・ガス流の生成に使用されるフィード炭化水素とプロセス蒸気との過熱混合体に対して冷却され、これにより、プロセス・ガス流は、３５０から７５０℃の間、詳細には４００から７２０℃の間、より詳細には、４５０から７００℃の間の温度、即ち、クラッキング炉の典型的な入口温度レベルまで加熱される。
【0086】
本発明は、少なくとも電気炉に関係する限り、（対流区域がないために）フィード予熱も蒸気過熱も煙道ガスに対して実施されないという点で、全ての公知の燃焼炉統合システムとは異なる。以前に提案された電気炉統合概念とは反対に、本発明は、１次エネルギー・キャリアとして、より詳細には、様々な温度レベルでのプロセス熱消費器に対する熱キャリアとして、蒸気を使用することを明示的に見越すものである。蒸気の生成及び移出条件は、スチームクラッカ施設及び隣接する化学コンビナート内部での熱分散が意図される目的に適合するように具体的に設計される。
【0087】
更に、飽和蒸気及び／又は中度過熱高圧蒸気並びに得られた凝縮液のみを使用して、フィード炭化水素、プロセス蒸気及びボイラ給水を約３００℃の温度まで予熱する本発明による実施形態で使用されるトポロジは、電気炉内でこれらのプロセスの任務を遂行する本発明の解決策を表し、電気炉では、（燃焼炉とは異なり）煙道ガスからの更なる廃熱は利用可能ではない。これらの解決策は、炉で直接利用可能な熱媒体を使用するという利益を有し、これにより、管の必要を低減し、熱交換器内の温度差を小さく保つことによりエクセルギーの損失を最小化し、好ましくは、最大熱回収のために生成される凝縮液の過冷却を実施する。
【0088】
動的挙動の点で、蒸気システムによる水素又は他の燃料ガス消費の平衡を取り、変化を緩衝することが可能であること（更なる詳細は以下を参照）で、好ましくは再生可能電気が供給される工業コンビナート内へのそのようなスチームクラッカ施設の統合を促進する。
【0089】
本発明の対応する実施形態によれば、蒸気の使用をプロセス熱の目的のみに制限し、それに応じて蒸気パラメータを設定することによって、蒸気システムは、（圧力及び温度に関して）柔軟に動作でき、更に、例えば、動作中の蒸気過熱及び／又は圧力レベルを変化させることによって、一時的エネルギー緩衝として使用し得る。このことは、生成された蒸気が、蒸気条件の変動に対して蒸気ベースの熱交換器ほど耐性がない蒸気タービン内での発電に使用されないことによって促進される。
【0090】
電気炉への電気エネルギーの移出の変更は、例えば、特定の熱交換器の制御される出口温度の設定点を修正することによって、様々な実施形態で様々に実現し得る。一実施形態では、そのような変更は、蒸気供給熱交換器の出口温度を低減することによって実現し、これにより、他の熱交換器及び／又は加熱コイルへの合計電気エネルギーの移出を増大させ、炉の同じ化学製品生成負荷を維持し得る。電気蒸気過熱を伴う実施形態では、変更は、負荷の変更によって簡単に行い得る。
【0091】
したがって、本発明によれば、好ましくは、１つ又は複数の蒸気生成装置によって生成される蒸気は、１ＭＷより多いシャフト力を送出する蒸気タービン駆動装置内で使用されず、好ましくは、蒸気タービン又は上記で規定された他の回転機器内で全く使用されない。言い換えれば、本発明によれば、蒸気生成装置（複数可）からの蒸気が供給される蒸気タービン、及び少なくとも１ＭＷより多いシャフト力を送出する蒸気タービンは、使用されない。
【0092】
本発明によれば、クエンチ冷却列として、好ましくは、１次クエンチ交換器と２次クエンチ交換器とを備えるクエンチ冷却列が使用され、１次クエンチ交換器は、第１の冷却段の少なくとも一部を実施するために使用され、２次クエンチ交換器は、第２の冷却段の少なくとも一部を実施するために使用され、又はその逆も同様である。対応する本発明の実施形態は、添付の図面を参照しながら具体的に更に説明する。
【0093】
本発明によれば、複数流熱交換器及び／又は電気蒸気過熱器を蒸気生成装置内で使用でき、複数流熱交換器において、電気クラッキング炉（複数可）のコイルボックス（複数可）から回収されるプロセス・ガス流から伝達された熱は、ボイラ給水流及び／又は過熱高圧蒸気の生成に使用される蒸気流に伝達される。更に、フィード炭化水素とプロセス蒸気との過熱混合体、即ち、次に分解されるプロセス流の生成に使用されるフィード炭化水素の少なくとも一部は、複数流熱交換器において前記コイルボックス（複数可）から回収したプロセス・ガス流の少なくとも一部を使用して予熱し得る。複数流熱交換器は、この場合、フィード－エフルエント交換器と呼ばれる。
【0094】
本発明により提供される蒸気過熱レベルは、炉システムから移出される蒸気流が消費器へのプロセス熱の供給のみを意図する場合、かなり適している。単なる等エントロピ膨張によって、蒸気過熱レベルは、位相変化を伴わずに、熱シンク、即ち、熱「消費器」が要求する圧力及び温度レベルまで低減し得る。したがって、本発明によれば、好ましくは、１つ又は複数の蒸気生成装置によって生成される蒸気は、１ＭＷより多いシャフト力を送出する蒸気タービン駆動装置内で使用されず、好ましくは、蒸気タービン駆動装置又は他の回転機器内で全く使用されない。特に、本発明によれば、燃焼炉及び電気炉からの熱を使用して生成される中度過熱高圧蒸気のために共通の蒸気膨張を実施し得る。しかし、対応する蒸気流は、代替的に、個別ユニット内で膨張させてもよい。
【0095】
詳細には、本発明により提供される１つ又は複数の燃焼クラッキング炉の燃焼で使用される燃焼空気の予熱は、燃料ガス消費をより少なくし、煙道ガス排出を低減させる。この予熱は、空気を予熱しない炉からの従来の過熱蒸気を使用して電気を生成するよりも効率的であるとみなされ、したがって、適切な任意の手段を使用して、本発明の一実施形態により提供され、１００℃を上回る、好ましくは、１５０℃を上回る、より好ましくは、２００℃を上回る、最も好ましくは、３００℃を上回る、例えば、１０００℃までの燃焼空気温度レベルがもたらされる。そのような燃焼空気の予熱は、蒸気生成に必要な煙道ガス流の大量の熱に依存する従来の装置ではそれほど有利ではない可能性がある。
【0096】
一実施形態では、燃焼空気は、煙道ガス経路の外側で予熱され、「外部」燃焼空気予熱とも呼ばれる。燃焼空気の予熱は、本実施形態では、好ましくは、１つ又は複数のクエンチ冷却列、したがって、蒸気生成装置の一部を形成する１つ又は複数の複数流熱交換器内で生成される飽和蒸気の使用によって実施される。代替的に、中度過熱蒸気は、単独で又は飽和蒸気に加えて、燃焼空気の予熱で使用し得る。更に、例えば、施設の中央蒸気ヘッダの１つから取られる外部蒸気は、燃焼空気予熱プロセスの少なくとも一部のためにも使用し得る。空気予熱区分の少なくとも一部は、動作中に得られる燃焼空気予熱温度を修正可能であるように、ガス流全体の少なくとも１つの留分を迂回させ得る。
【0097】
異なる実施形態では、燃焼空気は、煙道ガス経路内で予熱され、「内部」燃焼空気予熱とも呼ばれる。本実施形態では、燃焼空気予熱システムは、煙道ガスを高温媒体として、燃焼空気を低温媒体として伴う１つ又は複数の複数流熱交換器を備え得る。複数段燃焼空気予熱の場合、他のプロセスの目的で、２つの燃焼空気予熱段の間で、煙道ガスからの熱を回収することも可能である。煙道ガス経路外側の（外部）燃焼空気予熱の場合のように、燃焼空気予熱区分の少なくとも一部は、ここでは、動作中に得られる燃焼空気予熱温度を修正可能であるように、ガス流全体の少なくとも１つの留分を迂回させ得る。
【0098】
内部燃焼空気予熱及び／又は外部燃焼空気予熱の場合、燃焼空気圧縮デバイスを提供でき、燃焼空気圧縮デバイスは、典型的には、燃焼空気予熱区分の上流に位置し、燃焼空気予熱交換器の圧力降下を補償する。放射区分又はコイルボックスの燃焼側の好ましい圧力は、空気予熱を伴わない従来のクラッキング炉の場合のように、典型的なわずかに準大気圧の範囲内にある。したがって、更なる煙道ガス送風器／圧縮デバイスは、好ましくは、対流区分出口の下流に位置し得る。
【0099】
本発明により提供される装置又はシステムは、好ましくは、エネルギーが柔軟であるように動作し得る。即ち、炉の所与の化学製品生成負荷を、様々な合計燃料ガス又は電気消費率で実現でき、特に、１つ又は複数のプロセス流の形態でスチームクラッキングに供される様々な量のガスの使用を伴う。化学エネルギー入力又は電気エネルギー入力の対応する差は、蒸気の形態のエネルギー出力を変更することによって、第１の温度レベル及び／又は蒸気移出量、即ち、過熱高圧蒸気の生成量を変更することによって、平衡を取り得る。言い換えれば、本発明の一実施形態によれば、スチームクラッキング装置又はシステムは、様々な動作モードで、燃焼炉の場合は様々な合計燃料ガス消費率を使用して、又は電気炉の場合は様々な量の電気を使用して、特に、１つ若しくは複数のプロセス流の形態で供給される様々なガス量も使用して、動作される。
【0100】
本発明による方法は、更に、水素富化燃料ガスが、電気分解ユニット、アンモニア分解ユニット及び／又は水素貯蔵ユニット（それぞれ、本発明によるシステム又は装置の一部とし得る）から少なくとも一時的に放出され、少なくとも一時的に必要な更なる燃料ガスを、１つの第１のスチームクラッキング炉ユニット若しくは複数の第１のスチームクラッキング炉ユニットの少なくとも１つに供給する、及び／又は他の水素消費器に供給することを含み得る。
【0101】
詳細には、１つの第１のスチームクラッキング炉ユニット若しくは複数の第１のスチームクラッキング炉ユニットの少なくとも１つ内及び／又は他の水素消費器内の水素の全体的な消費と比較された、水素富化燃料ガスの少なくとも一時的な余剰が、水素分離ユニット（本発明によるシステム又は装置の一部とし得る）から生成される場合、前記水素富化燃料ガスの余剰は、燃料電池ユニット及び／又は水素貯蔵ユニット（本発明によるシステム又は装置の一部とし得る）に少なくとも一時的に供給される。
【0102】
前述のように、本発明によれば、２つの異なる主要エネルギー源（電気又は燃料ガス）が使用され、一方（燃料ガス）は、他方（電気）より貯蔵が容易である。本発明によれば、第１の（燃焼）スチームクラッキング炉は、第１の動作モードでは、第２の動作モードと比較して、より高いエネルギー入力で動作し得る一方で、第２の（電気）スチームクラッキング炉は、第１の動作モードでは、第２のモードと比較して、より低いエネルギー入力で動作し得る。このことにより、エネルギー源の変更を可能にし、特に、利用可能な電気及び燃料ガスの量並びに／又はこれらのそれぞれの費用等、変化する供給条件への動作の適合を可能にする。
【0103】
本発明の更なる実施形態によれば、１つ又は複数の燃焼クラッキング炉内での燃焼に使用される燃料ガスは、ある温度レベルまで加熱でき、この温度レベルは、炉の動作中に変更される。
【0104】
１つ又は複数の燃焼クラッキング炉内での燃焼に使用される燃料ガスは、好ましくは、０から１００ｗｔ％の間、好ましくは、２０から１００ｗｔ％の間、より好ましくは、５０から１００ｗｔ％の間の水素含量を有する。本実施形態では、より高い水素含量の場合、１つ又は複数の燃焼クラッキング炉内での燃焼に使用される燃料ガスは、少なくとも部分的に、電気分解又はアンモニア分解ユニット内で生成される水素を使用して供給することもでき、電気分解又はアンモニア分解ユニットの動作も、本発明により提供される方法の一部とし得る。
【0105】
本発明によれば、使用される燃焼炉ユニット（複数可）からの温室効果ガスの排出は、従来の燃焼炉と比較して、２０％から１００％、好ましくは、３０％から１００％、より好ましくは、５０％から１００％低減し得る。この文脈において、従来の燃焼炉とは、燃焼空気の予熱を伴わずに、従来の（クラッカの低温区分からの）最終ガスと天然ガスとの燃料混合体の移出を使用して動作させるものである。
【0106】
本発明により提供されるスチームクラッキング・システム及びその好ましい実施形態に関連する更なる詳細に関する、上記の本発明の方法及びその好ましい実施形態に関連する説明を参照されたい。有利には、提案される装置は、以前により詳細に説明した実施形態の少なくとも１つの方法の実施に適合する。
【0107】
図面を参照する本発明の実施形態のより詳細な説明に向かう前に、再度、本発明及びいくつかの実施形態の一部の詳細及び概念を参照されたい。
【0108】
機械的エネルギー回収を伴わずに移出される蒸気の膨張は、逆効果又は非効率的であるようにみえるかもしれないが、請求する炉の主なエネルギー供給は、従来の燃焼炉と比較して、かなり低減されること、及び好ましくは、エネルギーは、好ましくは再生可能供給源から、水素富化留分又は電気の有益な形態で供給されることを考慮に入れなければならない。この意味において、本発明は、（蒸気生成がより少なく、より多くのフィードを予熱する）燃焼炉内でエネルギー平衡を再構成し、電気を含めるという更なる方針を提供するものである。本発明は、炉区分内で最小の主要エネルギー消費を厳密に標的化し、炉設計／動作を高度電化分離列トポロジに適合させることによって、公知の概念の先を行くものでもある。
【0109】
実際、そのような炉内で蒸気過熱レベルが上昇すると、全体的な主要エネルギー需要の増大をもたらし、このエネルギー需要は、下流のタービンにおける機械エネルギー又は電気の回収によっては完全に補償することはできない。したがって、理想的ではないプロセス性能を考慮すると、（より大きな規模で）システムの観点から、及び（より小さな規模で）プロセス／エネルギーの観点から、プロセス熱消費器が必要とする中度加熱蒸気を断熱的及び等エントロピ的に膨張させることは、より効率的である。このことは、燃料ガス供給時に更なる損失生成器を有する施設、例えば、炉内で燃焼される水素が、電気分解ユニット及び／又はアンモニア分解ユニットによって少なくとも部分的にもたらされる施設の場合、より一層当てはまる。
【0110】
プロセス熱の目的に対する蒸気の使用を制限し、それに応じて蒸気パラメータを設定することによって、蒸気システムは、柔軟に動作でき、更に、例えば、動作中の蒸気過熱及び／又は圧力レベルを変更することによって、一時的エネルギー緩衝として使用し得る。この一時的エネルギー緩衝は、生成された蒸気が、蒸気条件の変動に対して蒸気ベースの熱交換器ほど耐性がない蒸気タービン内での発電に使用されないことによって促進される。
【0111】
施設の稼働中、本発明は、例えば、１つ又は複数の予熱交換器周囲の燃料空気の特定の留分を迂回させることによって、例えば、空気予熱温度の修正を可能にする。このことは、燃料ガスの消費及び蒸気生成に影響を及ぼし、施設の一時的エネルギー管理の適合に使用し得る。このことは、炉が電気分解ユニット（若しくはアンモニア分解ユニット）から部分的に生じた燃料ガスを使用する場合、又は炉がハイブリッド施設構成で電気炉と組み合わせられる場合、かなりの重要事項となり得る。蒸気生成及び過熱は、２つの過熱区分の間の任意のボイラ給水注入の変更によっても適合し得る。
【0112】
一般的に、蒸気生成の変更は、本発明によれば、いくつかの異なる手段によって、例えば、流れの特性（温度、圧力、流量）の設定点の変更によって、迂回管路を（部分的に）開／閉することによって、機器に固有のプロセス・パラメータ（熱負荷、動作圧力）を変更することによって、又はプロセス・パラメータの他の変更によって、行い得る。
【0113】
更に、炉システム外側の蒸気ヘッダ・システム内の圧力レベルは、本発明の実施形態では、動作中に変更され、全体的な蒸気量の点で更なる緩衝能力をもたらし得る。実際、全体的な熱貯蔵能力は、スチームクラッカ内の蒸気の在庫及び対応する熱能力の合計によるものであり、即ち、スチームクラッカ内の蒸気の在庫は、異なる圧力レベルにおける炉と蒸気消費器との間の全ての蒸気ヘッダ管路を含めたものである。
【0114】
上記で述べたことを再度要約すると、本発明は、部分電化「ハイブリッド」スチームクラッカ設計の文脈において、上記で挙げた全ての任務又は要件が、スチームクラッカ炉のために遂行されることを保証する新規の概念を提案する。
【0115】
本発明の一実施形態により提供される、過熱高圧蒸気の過熱を制限する解決策は、特に、単なる燃焼炉及びタービン駆動大型回転機械に基づく現在のスチームクラッカ設計の現在の最新技術を打開するものである。この技術的選択は、「ハイブリッド」設計の文脈において、かなり効率的な解決策を表す。
【0116】
実際、炉区分における（典型的には、炉出口において１５０Ｋより多い露点限界にある）高過熱圧力蒸気の生成という現在の慣例は、対流区分内に大量の廃熱エネルギーがあること、並びに蒸気タービン内で圧縮器及びポンプ又は発電機を駆動する蒸気の使用が可能であることによって至ったものである。タービン抽気部又はタービン出口から取られ、低減した圧力蒸気は、様々なレベルでプロセス熱を供給するために更に使用される。
【0117】
電化クラッカ分離列において、蒸気タービンの代わりに電気圧縮器駆動装置を使用すると、スチームクラッカ施設におけるエクセルギー損失の低減をもたらす。更に、分離列において高過熱高圧蒸気のこれ以上効率的な使用はない。したがって、過熱レベルの低減によって、本発明は、直接フィード－エフルエント交換器内で、又は間接的に、過熱高圧蒸気生成及びフィード予熱段の蒸気の使用を介して、フィード炭化水素／プロセス蒸気混合体に必要な予熱のため、クエンチ区分内で回収される熱エネルギーの大部分を使用する。
【0118】
フィード予熱に使用するクエンチ熱の使用を最大化することによって、電気炉への電気エネルギーの合計移入は低減され、これにより、炉の動作費用を低減し、電力網への炉の統合を促進し、炉区分における全体的なエクセルギー損失を低減する。同様に、本発明による燃焼炉において、対流区分におけるクエンチ熱及び煙道ガス熱の使用も、フィード予熱、更には燃焼空気予熱のために最大化され、これにより、燃焼炉における合計燃料ガスの消費を低減し得る。
【0119】
図示される実施形態のうち、１次クエンチ交換器が蒸気生成で使用される変形形態は、分解ガスを最も速く冷却し、反応をクエンチングする（湯沸による高い熱伝達係数）という利益をもたらす一方で、１次クエンチ交換器がフィード－エフルエント交換器として設計される変形形態は、電気エネルギーの移出を最小であるという利益をもたらす。
【0120】
本発明の一実施形態による所与の範囲内の中度過熱は、プロセス熱消費器への簡単で柔軟性のある熱供給を更に可能にする。というのは、異なる温度レベルでの消費器への分散が、炉によって移出される中度過熱蒸気の単相の断熱及び等エントロピ膨張によって単純に行うことができ、過熱低減のための更なるボイラ給水注入を伴う蒸気レベル全体のための降下ステーション及び／又はタービン段を必要としないためである。
【0121】
動的挙動の点で、蒸気システムによる電気移入変化の平衡を取り、この変化の緩衝が可能であることで、好ましくは再生可能電気が供給される工業コンビナート内へのそのような炉システムの統合を促進する。
【0122】
本発明の更なる特徴及び実施形態は、以下に列挙する。全てのこれらの特徴及び実施形態は、特許請求の範囲によって包含される限り、技術的に実現可能又は分別のある限り、限定せずに、上記で説明した特徴及び実装形態と組み合わせ得る。
【0123】
－本発明は、好ましくは、１ＭＷを上回る動力負荷を伴う全てのガス圧縮器又はポンプが電気モータによって駆動される分離列と組み合わされる。
【0124】
－移出される過熱高圧蒸気は、最も有利には、断熱及び等エントロピ膨張要素によって様々な蒸気圧力レベルに分散される。（例えば、重要なファウリング点検を伴う）単数の熱消費器は、（直接的な水の注入によって又は飽和ドラムの使用によって実施し得る）更なる過熱低減段を更に含み得る。
【0125】
－スチームクラッキング装置は、電気エネルギーから蒸気を生成する他のユニット（例えば、電気熱ポンプ・システム及び電気ボイラ）を含み得る。
【0126】
－移出される加熱蒸気は、例えば、中圧蒸気消費器及び低圧蒸気消費器に供給するため、２０バールの絶対圧力を下回る圧力蒸気レベルまで膨張させ得る。下限として、中間圧力レベルにおける露点限界を特徴付ける２０バールの絶対圧力の選択は、最初の蒸気過熱の曲線包絡線の定義を促進するように選択され、沸点曲線への上述の距離が、２０バールを上回る全ての中間圧力レベル又は第２の圧力レベルに対して示されるようにする。２０バールの絶対圧力を下回る圧力まで膨張すると、本発明の範囲を限定するものではないが、より高い値の露点限界が生じ得る。
【0127】
－水素貯蔵タンク及び／又は蒸気過熱／圧力の変更を通じた固有のエネルギー貯蔵の可能性に加えて、本発明は、他の専用エネルギー貯蔵システム、例えば、潜熱貯蔵システム又は同様のものと更に組み合わせ得る。
【0128】
－本発明は、好ましくは、水素分離ユニットを含む分離列と組み合わせられ、分離列に対してフィード中で利用可能な水素の全て又は大部分（典型的には、７０、７５又は８０から１００％）は、水素から支配的に構成されるプロセス流の形態で回収され、炉内での燃焼及び／又は他のプロセス・ユニット、例えば、水素化ユニット等への供給に使用される。
【0129】
－本発明による炉システムは、スチームクラッカ施設又はシステム内で好ましく使用され、スチームクラッカ施設又はシステムは、再生手段により好ましく生成される電気の移出から水素を生成する電気分解ユニットを含む。代替又は追加として、施設又はシステムは、移出されたアンモニアから水素を生成するアンモニア分解ユニットを特徴とし得る（アンモニアは、好ましくは、別の場所で再生可能電気を使用して生成される）。
【0130】
－フィード－エフルエント１次クエンチ交換器及び中度蒸気過熱を伴う一実施形態も、本発明によって含まれる。
【0131】
本発明及び本発明の実施形態を添付の図面に関して更に説明する。
【図面の簡単な説明】
【0132】
【図1】本発明の一部を形成しない一実施形態の図である。
【図2】本発明の一実施形態によるシステム又は施設構成全体の概略図である。
【図3】本発明によるハイブリッド概念で燃焼スチームクラッキング炉ユニットと電気スチームクラッキング炉ユニットとを接続する図である。
【図17】本発明の実施形態の利点を示すグラフである。
【図18】本発明の実施形態の利点を示すグラフである。
【図19】本発明の実施形態の利点を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0133】
図１は、初めに既に説明した通りである。
【0134】
図２は、本発明の一実施形態によるシステム又は施設構成全体をシステム１００の概略図で示す。
【0135】
システム１００において、ここでは１０００で示される第１の又は燃焼スチームクラッキング炉ユニット、及びここでは２０００で示される第２の又は電化スチームクラッキング炉ユニットが設けられる。炉ユニット１０００及び２０００の実施形態は、以下の図４から図１６に示され、１１００から１５００及び２１００から２８００で示される。
【0136】
図２において、二重線矢印は、炭化水素フィード流、プロセス・ガス流又は分解ガス流、及び炭化水素留分等のこれらから生成される流れを示す。一点鎖線矢印は、燃料ガス流、空気流、煙道ガス流及び排気流を指す。細かい鎖線矢印は、プロセス蒸気流を示す一方で、粗い鎖線矢印は、過熱蒸気流を示す。凝縮液流は、実線矢印で示す。
【0137】
炭化水素フィード３００１は、前処理及び予熱ユニット３１００内で前処理、予熱され、前処理及び予熱ユニット３１００には、以下で述べる更なる流れも供給される。前処理及び予熱ユニット３１００から、前処理されたフィード流３００２及び３００３は、燃焼スチームクラッキング炉ユニット１０００及び電気スチームクラッキング炉ユニット２０００に供給される。分解ガス流は、分解ガス冷却及びプロセス蒸気生成ユニット３２００に通される流れ３００４を生成するように結合し得る。中で分離されるプロセス水から生成され、個別に標示されないプロセス蒸気流は、分解ガス冷却及びプロセス蒸気生成ユニット３２００から、燃焼スチームクラッキング炉ユニット１０００及び電気スチームクラッキング炉ユニット２０００に通し得る。
【0138】
サワー・ガス除去ユニットとしても動作し得る圧縮ユニット３３００内で圧縮した後、対応するユニット３５００において、予冷し、混合させた生ガスの水素化を実施でき、対応するユニット３５００には、水素流４００４を供給し得る。その後、プロセス・ガスは、脱エタン化ユニット３６００に更に通され、対応する留分を生成させ、留分は、一方で、脱メタン化ユニット３７００及び対応する分割ユニット３８００に通され、エチレン生成物３００６及びエタン再生流３００７を生成し、もう一方で、脱ブタン化段３９００に通され、ガソリン生成物流３００８及び更なる再生流３００９を生成し得る。
【0139】
図２に示される分離シーケンスは、フィードの種類及び好ましい生成物の範囲に応じた、多数の可能なオプションの１つを提示するにすぎない。本発明は、図２に示される分離シーケンスに限定されず、スチームクラッカ施設において全ての一般に公知の分離シーケンスを含むものとする。これらは、例えば、ガス・フィード分離装置のための分離シーケンスを含むものとし、生ガス水素化ユニットの代わりの個別のＣ２、Ｃ３及び／若しくはＣ４水素化ユニット、異なるプロセス・ユニット・シーケンス順序を有する分離列（フロントエンド脱メタン化装置若しくはフロントエンド脱プロパン化装置）、又は典型的には、より重い炭化水素生成物を処理する更なるプロセス・ユニットを含む、より重いガス及び液体原料のための分離列を有する。
【0140】
燃料ガス・システム４１００は、第１の（燃焼）クラッキング炉ユニット１０００に関連付けられ、燃料ガス流４００１を第１の（燃焼）クラッキング炉ユニット１０００に供給し、第１の（燃焼）クラッキング炉ユニット１０００には、空気流４００２も供給される。煙道ガス流４００３は、放出しても、雰囲気に放出する前に煙道ガスを処理してもよい。水素流４００４は、図示の例では、アンモニア及び水がそれぞれ供給されるアンモニア分解ユニット４３００及び／又は電気分解ユニット４４００によって供給でき、アンモニア分解ユニット４３００及び／又は電気分解ユニット４４００から放出される流れは、回収し得る。水素流４００４は、空気又は浄化酸素で稼働する燃料電池ユニット４５００にも供給し得る。煙道ガス流は、燃料電池ユニット４５００から回収される。燃料ガス又は水素貯蔵ユニット４６００を設けてもよい。水素分離ユニット４７００において、脱メタン化ユニット３７００からの軽ガス混合体を処理し、水素流及び残りのメタン留分４００８をもたらす。
【0141】
蒸気及びボイラ給水ユニット５０００が設けられ、このユニットには、炉ユニット１０００及び２０００からの蒸気５００１、内部プロセス熱消費器からの凝縮液５００２、並びにボイラ給水５００３が供給される。蒸気及びボイラ給水ユニット５０００から、凝縮液流５００４は、回収され、図示しない処理ユニットに通し得る。ボイラ給水５００５は、炉ユニット１０００及び２０００に供給し得る。内部プロセス熱消費器のための蒸気は、蒸気流５００６として供給される。ユニット５０００は、凝縮液５００７及び蒸気流５００８を外部ユニットと交換し得る。
【0142】
図３は、本発明によるハイブリッド概念における燃焼スチームクラッキング炉ユニット１０００と電気スチームクラッキング炉ユニット２０００との間の接続を高度に簡略化した図で示し、後続の図で更に示されるスチームクラッキング・ユニットの接続の可能性を示す。
【0143】
前述のように、本明細書では１０００で示される第１の又は燃焼スチームクラッキング炉ユニット、及び本明細書では２０００で示される第２の又は電化スチームクラッキング炉ユニットが設けられる。実施形態は、以下に示す図４から図１６で示される。
【0144】
参照の目的のみで５０で示され、更に以下でより詳細に説明する（一般的な）蒸気利用装置において、（中度）過熱高圧蒸気ＳＵを加熱の目的で使用するが、好ましくは、回転機器を駆動する目的では実質的に使用されない。本明細書では、過熱高圧蒸気ＳＵは、膨張ユニットの使用により、特に、断熱的及び等エントロピ的に膨張され、熱消費器に供給し得る高圧蒸気ＨＰ、中圧蒸気ＭＰ及び低圧蒸気ＬＰを生成する。
【0145】
図４では、燃焼スチームクラッキング炉ユニット１０００が示され、燃焼スチームクラッキング炉ユニット１０００は、ユニット１０００として図３に示されるような本発明の一実施形態によるハイブリッド概念で使用可能であり、したがって、本発明の一実施形態によるスチームクラッキング方法を実施する際の使用に適合され、任意で、本発明によるシステム１００の一部である。スチームクラッキング炉ユニットを示す後続の図面の場合のように、方法の方法ステップは、対応するプロセス・ユニット又は使用されるデバイスによって実現でき、したがって、方法ステップに関連する説明は、そのようなプロセス・ユニット及びデバイスに同様に関連し、その逆も同様とし得る。説明の繰返しは、簡潔にする理由で省略されるにすぎず、本発明の実施形態によるユニット又はシステム及び方法を説明する言い回しの組合せは、明快にするために使用される。構成要素が単数形で説明される場合、この説明は、そのような構成要素が複数で提供されることを除外しない。以下に示される他のスチームクラッキング炉ユニット等、スチームクラッキング炉ユニット１１００は、以前に示された、複数の更なる構成要素を含み得る本発明の一実施形態によるシステム１００の一部とすることができ、システムの可能な境界線は、図４及び図９にかなり概略的に示すにすぎない。
【0146】
図４から図１６及び図２０において、濃い実線矢印は、炭化水素フィード流、プロセス蒸気流、プロセス・ガス流、又は分解ガス流、及び炭化水素留分等のこれらから形成される流れを示す。薄い実線矢印は、燃料ガス流、空気流、煙道ガス流及び放出流を指す。細かい点線矢印は、液体ボイラ給水流を示す一方で、破線矢印は、飽和高純度蒸気流を示し、一点鎖線矢印は、過熱高純度蒸気流を示す。凝縮液流は、一点二鎖線矢印で示す。
【0147】
蒸気炉ユニット１１００は、燃焼スチームクラッキング炉１１０の使用を含み、燃焼スチームクラッキング炉１１０は、以前に概説したように燃焼放射区域１１及び対流区域１２によって形成されるか又はこれらを含む。図示の実施形態では、対流区域１２において、フィード予熱器１２１、エコノマイザ１２２、第１の高温コイル１２３、第１の蒸気過熱器１２５、任意の第２の蒸気過熱器１２５及び第２の高温コイル１２６は、煙道ガス通路又はダクト内に配置される。特に、第２の蒸気過熱器は、ボイラ給水の注入（以下を参照）が実施されない場合、省いてよい。煙道ガス流ＦＬは、放射区域１１から対流区域１２を通じて通され、本実施形態では約８９℃の温度で対流区域１２を離れる。放射区域１１は、燃料ガス流ＦＵ及び燃焼空気ＣＡを使用して燃焼され、燃料ガス流ＦＵ及び燃焼空気ＣＡは、この図示の例では、約３００℃の温度まで予熱される。
【0148】
１次クエンチ交換器２１、２次クエンチ交換器２２及び３次クエンチ交換器２３は、プロセス・ガス経路内に配置され、スチームクラッキング炉ユニット１１００のクエンチ冷却列２０を形成する。
【0149】
蒸気生成装置３０が設けられ、蒸気生成装置３０は、蒸気ドラム３１と、蒸気の生成に使用される他の構成要素とを含む。概して、本明細書の全体を通して、主に、特定の機能と共に説明される１つの装置に属する構成要素又は構成要素の群を参照する場合、このことは、相互接続部分を備える施設では典型であるように、この構成要素が、更に、追加の又は異なる機能を有する異なる装置又は構成要素の群の一部ではないことを除外しない。例えば、１次クエンチ交換器２１、２次クエンチ交換器２２及び３次クエンチ交換器２３は、本明細書では、クエンチ冷却列２０の一部として説明されるが、これらは、蒸気生成装置３０にも統合し得る。
【0150】
図４に示される実施形態では煙道ガス・ダクトの外側、したがって、対流区分１２の外側に配置される燃焼空気予熱ユニット４０も、スチームクラッキング炉ユニット１１００の一部である。
【0151】
対応するシステム１００内でスチームクラッキング炉ユニット１１００を使用する方法において、プロセス蒸気ＰＳ及びフィード炭化水素ＨＣは、スチームクラッキング炉ユニット１１００に供給される。フィード炭化水素ＨＣは、プロセス蒸気ＰＳと結合させてプロセス流ＰＲを生成する前に、フィード予熱器１２１内で加熱され、プロセス流ＰＲは、燃焼放射区域１１に供給される前、高温コイル１２３及び１２６内で更に加熱される。ここでは分解ガス又はプロセス・ガスとも呼ばれ、明快にするためにＰＥと示されるプロセス流は、放射区域１１から回収され、以前に概説した１次クエンチ交換器２１、２次クエンチ交換器２２及び３次クエンチ交換器２３内でクエンチ冷却される。
【0152】
その後、プロセス流ＰＥは、図４及び図９のみに示されるように、本発明の一実施形態による、圧縮器６０、特に、電気モータＭによって駆動されるプロセス・ガス圧縮器内の圧縮を含む任意の種類の処理を受け得る。更なる詳細については、上記の説明を参照されたい。特に、全ての又は本質的に全ての圧縮器が電気的に駆動される分離列が設けられる。
【0153】
点線矢印でも示されるボイラ給水ＢＦは、蒸気ドラム３１に供給する前、３次クエンチ交換器２３及びエコノマイザ１２２内で加熱され、ボイラ給水ＢＦ回路は、２次クエンチ交換器２２及び１次クエンチ交換器２１を通じても形成される。蒸気ドラム３１から回収され、鎖線矢印でも示される飽和蒸気ＳＳは、蒸気過熱器１２４、１２５内で部分的に過熱され、一点鎖線矢印で示される（中度の）過熱高圧蒸気ＳＵを生成し、（中度の）過熱高圧蒸気ＳＵは、燃焼空気予熱ユニット４０に部分的に供給される。過熱高圧蒸気ＳＵのパラメータは、以前に広範囲に説明してある。図示の実施形態では、このパラメータは、約３８０℃の温度及び約１１７バールの絶対圧力を有し得る。蒸気過熱器１２４と１２５との間に、更なるボイラ給水ＢＦを追加でき（上記で既に説明した、いわゆるボイラ給水注入）、更なるボイラ給水ＢＦは、好ましくは、予熱されず、特に、対流区域１２内の熱平衡を全体的に制御し、例えば、異なる動作点に適合させるために使用される。ボイラ給水を注入しない場合、蒸気過熱器１２５は、前述のように省略してもよい。
【0154】
予熱すべき燃焼空気ＣＡ、及び任意の外部蒸気ＥＸも、燃焼空気予熱ユニット４０に供給される。燃焼空気予熱ユニット４０から、凝縮液流ＣＯが回収され、凝縮液流ＣＯは、既に広範囲に説明したボイラ給水ＢＦの一部として使用し得る。
【0155】
参照の目的のみで５０で示され、特に、電気加熱スチームクラッキング炉を特徴とするスチームクラッキング炉ユニット等、更なるスチームクラッキング炉ユニットにも連結される蒸気利用装置において、過熱高圧蒸気ＳＵは、加熱の目的で使用されるが、好ましくは、回転機器の駆動の目的では実質的に使用されない。本明細書では、過熱高圧蒸気ＳＵは、膨張ユニット５１、５２、５３を使用して断熱的及び等エントロピ的に膨張され、熱消費器５４、５５、５６に供給される高圧蒸気ＨＰ、中圧蒸気ＭＰ及び低圧蒸気ＬＰを生成する。全ての炉から移出される蒸気（高圧蒸気又は超高圧蒸気）は、対応する蒸気ヘッダ、即ち、蒸気を施設上で様々な消費器に分散させる大容量の管システム内で収集し得る。より下側の圧力蒸気ヘッダへの供給接続は、この最も高い圧力蒸気ヘッダから行われる。従来の施設において、そのような蒸気ヘッダは、炉の出口における蒸気移出圧力をわずかに下回る、おおよその一定圧力で動作する。本発明の実施形態によれば、この最も高い圧力蒸気ヘッダは、有利な緩衝効果を達成するように、より広範囲に変更し得る。
【0156】
上記を要約すると、図４によるスチームクラッキング炉ユニット１１００において、燃焼空気ＣＡは、煙道ガス経路の外側で予熱される（「外側での空気予熱」）。飽和蒸気ＳＳの生成は、（１次クエンチ交換器２１及び２次クエンチ交換器２２を伴う）クエンチ冷却列２０内で完全に行われる一方で、中度蒸気過熱は、高温コイル１２３と１２６との間の対流区分１２内で行われる。蒸気過熱は、中間ボイラ給水注入を伴って又は伴わずに、１つ又は複数の過熱段で行い得る。ある程度のボイラ給水予熱は、図示のように、エコノマイザ１２２及び／又は３次クエンチ交換器２３内で行い得る。
【0157】
燃焼空気の予熱は、好ましくは、１つ又は複数の複数流熱交換器において、クエンチ区分２０内で生成された飽和蒸気ＳＳの使用によって行われる。代替的に、中度過熱蒸気は、単独で又は飽和蒸気に加えて、空気予熱区分（図４には示されない）内で使用し得る。更に、例えば、施設の中央蒸気ヘッダの１つから取られる外部蒸気ＥＸは、燃焼空気予熱プロセスの少なくとも一部のためにも使用し得る。燃焼空気予熱ユニット４０の少なくとも一部は、動作中に得られる空気予熱温度を修正可能であるように、ガス流全体の少なくとも１つの留分を迂回させ得る。
【0158】
更に図示しないのは、典型的には、燃焼空気予熱ユニット４０の上流に位置する空気圧縮デバイスであり、空気圧縮デバイスは、燃焼空気予熱交換器の圧力降下を補償する。放射区分の燃焼側上の好ましい圧力及び更なる詳細は、以前に述べた。
【0159】
図５において、本発明の一実施形態による更なるスチームクラッキング炉ユニット１２００が示される。概して、図４によるスチームクラッキング炉ユニット１１００に関連する説明は、図５によるスチームクラッキング炉ユニット１２００にも同様に適用され、相違点のみを以下で説明する。
【0160】
図５によるスチームクラッキング炉ユニット１２００において、燃焼空気予熱ユニット４０は、煙道ガス通路又はダクトに統合され、また、図４によるスチームクラッキング炉ユニット１１００の場合のようには飽和蒸気ＳＳが供給されない。エコノマイザ１２２は、対流区分１２では省略され、したがって、ボイラ給水ＢＦは、対流区分１２においてそのようなエコノマイザでは加熱されない。今度は、クエンチ冷却区分は、２つの交換器２１及び２３のみから構成され、クエンチ交換器２２も省略される。ボイラ給水ＢＦは、２次クエンチ交換器２３内で予熱され、蒸気ドラム３１は、１次クエンチ交換器２１と接続される。
【0161】
第１の蒸気過熱器１２４と第１の高温コイル１２３との間のある位置、及びフィード予熱器１２１下流のある位置から、図５のＦＧ１及びＦＧ２で示される煙道ガスＦＧの少なくとも一部は、燃焼空気予熱ユニット４０の複数段に通される。次に、燃焼空気予熱ユニット４０の高温段からの煙道ガス帰還流ＦＧ１Ｒは、第１の高温コイル１２３に送られる。燃焼空気予熱ユニット４０の低温段において加熱の目的で使用された後、煙道ガスは、本例では約７０℃の温度で燃焼空気予熱ユニット４０を離れる。好ましくは外部蒸気ＥＸではなく、燃焼空気ＣＡが、燃焼空気予熱ユニット４０に供給され、したがって、好ましくは、凝縮液流ＣＯは生成されない。予熱燃焼空気ＣＡは、図示の例では約２８０℃の温度で放射区域１１に供給される。
【0162】
燃焼空気予熱ユニット４０の複数段の他の構成、及び対流区域１２の複数の熱交換器バンドルとの組合せは、本発明の範囲を限定せずに見越し得ることに留意されたい。例えば、燃焼空気予熱ユニット４０の高温段は、図５に示すものより更に上流又は更に下流のいずれかで、対流区域１２の交換器バンドルの間の異なる点で挿入し得る。
【0163】
上記を要約すると、図５によるスチームクラッキング炉ユニット１２００において、燃焼空気ＣＡは、煙道ガスＦＧ経路の内側で予熱される（「内側での空気予熱」）。そのような空気予熱システムは、煙道ガスＦＧを高温媒体として、燃焼空気ＣＡを低温媒体として伴う１つ又は複数の複数流熱交換器から構成し得る。複数段空気予熱の場合、２つの燃焼空気ＣＡ予熱段の間、他のプロセスの目的で煙道ガスＦＧからの熱を回収することも可能である。図４によるスチームクラッキング炉ユニット１１００に関連して示される外部燃焼空気ＣＡの予熱について、燃焼空気ＣＡ予熱区分の少なくとも一部は、動作中に得られる空気予熱温度を修正可能であるように、ガス流全体の少なくとも１つの留分を迂回させ得る。
【0164】
図５によるスチームクラッキング炉ユニット１２００において、湯沸を同等に使用でき、この湯沸は、単一の１次クエンチ交換器２１で、及び（図４に示されるように）１次クエンチ交換器２１と２次クエンチ交換器２２との組合せで実施される。更に、この実施形態は、対流区分１２内のボイラ給水ＢＦ予熱段を特徴とせず、これにより、説明したように、燃焼空気予熱のための煙道ガスＦＧ熱の利用可能性を優先させる。
【0165】
図６において、本発明の一実施形態による更なるスチームクラッキング炉ユニット１３００が示される。概して、図４によるスチームクラッキング炉ユニット１１００に関連する説明は、図６によるスチームクラッキング炉ユニット１３００にも同様に適用され、相違点のみを以下で説明する。図６によるスチームクラッキング炉ユニット１３００は、液体フィードのクラッキング炉でより典型的であるとみなされる一方で、図２及び図３のそれぞれによるスチームクラッキング炉ユニット１１００及び１２００は、ガス・フィードのクラッキング炉の典型的な設計の特徴を示す。
【0166】
図４によるスチームクラッキング炉ユニット１１００と比較すると、３次クエンチ交換器２３は、図６によるスチームクラッキング炉ユニット１３００内では省略されている。蒸気ドラム３１に供給されるボイラ給水ＢＦは、エコノマイザ１２２内で予熱した後、２次クエンチ交換器２２内で予熱される。蒸気ドラム３１は、１次クエンチ交換器２１と接続される。
【0167】
液体フィード炉の場合、より高い予熱負荷が必要とされる（フィード気化に対する更なる潜熱）ので、スチームクラッキング炉ユニット１３００は、更なるプロセス蒸気過熱器バンドル１２７を更に含み、プロセス蒸気は、炭化水素フィード流と混合される前に、煙道ガスに対して過熱される。
【0168】
図７において、本発明の一実施形態による更なるスチームクラッキング炉ユニット１４００が示される。概して、図４によるスチームクラッキング炉ユニット１１００に対する説明に基づく、図５によるスチームクラッキング炉ユニット１２００及び図６によるスチームクラッキング炉ユニット１３００に関連する説明は、図７によるスチームクラッキング炉ユニット１４００にも同様に適用され、相違点のみを以下で説明する。図７によるスチームクラッキング炉ユニット１４００は、特に、図５によるスチームクラッキング炉ユニット１２００及び図６によるスチームクラッキング炉ユニット１３００の特徴を組み合わせるものである。
【0169】
同様に、図５によるスチームクラッキング炉ユニット１２００の場合のように、燃焼空気予熱ユニット４０は、図７によるスチームクラッキング炉ユニット１４００において、煙道ガス通路又はダクトに統合され、また、図４のスチームクラッキング炉ユニット１１００の場合のようには飽和蒸気ＳＳが供給されない。エコノマイザ１２２は、対流区分１２では省略され、したがって、ボイラ給水ＢＦは、対流区分１２において加熱されない。
【0170】
図６によるスチームクラッキング炉ユニット１３００の場合のように、３次クエンチ交換器２３は、特に、図４によるスチームクラッキング炉ユニット１１００と比較した場合、図７によるスチームクラッキング炉ユニット１１００内では省略されている。したがって、蒸気ドラム３１に供給されるボイラ給水ＢＦは、エコノマイザ１２２内で予熱されず、単に２次クエンチ交換器２２内で予熱される。蒸気ドラム３１は、１次クエンチ交換器２１と接続される。
【0171】
特に、図５によるスチームクラッキング炉ユニット１２００と比較すると、フィード予熱器１２１下流の位置からのみ、煙道ガスＦＧは、燃焼空気予熱ユニット４０に通される。燃焼空気予熱ユニット４０において加熱の目的で使用された後、煙道ガスＦＧは、本例では約９０℃の温度で燃焼空気予熱ユニット４０を離れる。
【0172】
図６及び図７に示されるスチームクラッキング炉ユニット１３００及び１４００は、特に、液体原料を伴って動作し得る。そのような状況において、また、図６及び図７に示されるスチームクラッキング炉ユニット１３００及び１４００では、３次クエンチ交換器２３は、典型的には省略され、考慮される炉出口でより高い分解ガス温度をもたらす。このことは、分解ガスを更に冷却する際、重凝縮液の凝縮を回避するのに有利である。したがって、液体フィード・クラッカにおいて、１次クエンチ交換器の下流の分解ガス冷却は、熱分解オイル／ガソリン及び／又はクエンチ水の注入による直接接触冷却によって従来通り行われる。図示の本発明の実施形態によれば、１次クエンチ交換器２１及び２次クエンチ交換器２２は、図示のように統合される。
【0173】
スチームクラッキング炉ユニット１３００のように、より高い予熱負荷が液体フィード炉では必要とされる（フィード気化に対する更なる潜熱）ので、スチームクラッキング炉ユニット１４００は、更なるプロセス蒸気過熱器バンドル１２７を更に含み、プロセス蒸気は、炭化水素フィード流と混合される前に、煙道ガスに対して過熱される。
【0174】
図８において、本発明の一実施形態による更なるスチームクラッキング炉ユニット１５００が示される。概して、図８によるスチームクラッキング炉ユニット１５００は、図７によるスチームクラッキング炉ユニット１４００といくつかの類似点を示し、したがって、図８によるスチームクラッキング炉ユニット１５００は、再度、図４によるスチームクラッキング炉ユニット１１００、図５によるスチームクラッキング炉ユニット１２００、及び図６によるスチームクラッキング炉ユニット１３００を参照して、適用可能な場合であるが、これを基準に説明する。
【0175】
図７によるスチームクラッキング炉ユニット１４００とは対照的に、例えば、図４によるスチームクラッキング炉ユニット１１００に関連して説明したエコノマイザ１２２が存在し、ボイラ給水ＢＦを予熱するが、第１の高温コイル１２３は省略され、プロセス・ガス流ＰＲを予熱しない。
【0176】
図６及び図７に示されるスチームクラッキング炉ユニット１３００及び１４００のように、図８に示されるスチームクラッキング炉ユニット１５００も、特に、液体原料を伴って動作し得る。液体フィード炉における予熱負荷は、比較的、フィード炭化水素ＨＣの更なる気化エンタルピのために、ガス供給炉よりかなり大きい。更に、前述のように、クエンチ区分内の複数流交換器内で回収し得る熱は、より少ない（重凝縮液の回避）。同時に、燃料ガスＦＵの消費及び煙道ガスＦＧ排出を低減するため、燃焼空気ＣＡの予熱を最大化することが重要である。
【0177】
スチームクラッキング炉ユニット１３００及び１４００のように、スチームクラッキング炉ユニット１５００は、更なるプロセス蒸気過熱器バンドル１２７を更に含み、プロセス蒸気ＰＳは、炭化水素フィード流ＨＣと混合してプロセス流ＰＲを生成する前に煙道ガスに対して過熱される。
【0178】
したがって、２次クエンチ交換器２２は、図８に示されるように、スチームクラッキング炉ユニット１５００内にあり、プロセス・ガス流ＰＲを予熱するフィード－エフルエント交換器として設けられる。本発明は、更なる湯沸１次クエンチ交換器２１の更なる分解ガス流ＰＥの軌道又は流路に沿って下流に位置する、このフィード－エフルエント交換器の好ましい配置を提案し、これにより、かなり高い熱伝達係数、したがって、高速で効果的な分解ガスのクエンチングを可能にする。
【0179】
本発明及び本発明の実施形態に特に関連する特徴は、スチームクラッキング炉ユニット１１００から１５００内部の蒸気過熱レベルを制限することにある。以下で図１７に示されるように、そのような中度過熱は、炉システムから移出される蒸気流が、消費器へのプロセス熱の供給のみを意図する場合、かなり適している。
【0180】
図９において、本発明の一実施形態によるスチームクラッキング炉ユニット２１００が示される。以下に示される他のスチームクラッキング炉ユニット等、スチームクラッキング炉ユニット２１００は、以前に示され、既に述べた、複数の更なる構成要素を含み得る本発明の一実施形態によるシステム１００の一部とすることができ、システムの可能な境界線は、図４及び図９にかなり概略的に示すにすぎない。
【0181】
スチームクラッキング炉ユニット２１００は、以前に概説したように、上記で説明した「電気コイルボックス」を含め、電気スチームクラッキング炉２１０の使用を含む。対流区域は存在しない。
【0182】
特に、約１８５℃の温度にあるプロセス蒸気ＰＳは、混合ノズルＭ内で、熱交換器Ｘ１内で予熱されるフィード炭化水素ＨＣの蒸気と混合される。このように生成されたプロセス流ＰＲは、熱交換器Ｘ２内で、特に約３００℃の温度まで更に加熱される。熱交換器Ｘ１及びＸ２は、特に、プロセス蒸気ＰＳが熱交換器Ｘ１の上流に追加される場合、結合することもできる。
【0183】
４つのクエンチ交換器２１、２２、２２ａ及び２３は、電気スチームクラッキング炉２１０の下流のプロセス・ガス経路内に一続きに配置され、スチームクラッキング炉ユニット２１００のクエンチ冷却列２０を形成する。前述のように、参照する目的のみで、この一続きの第１のクエンチ交換器２１及び第２のクエンチ交換器２２は、上記した１次クエンチ交換器及び２次クエンチ交換器とし得る。一続きの最後のクエンチ交換器２３は、３次クエンチ交換器と呼ぶこともでき、一続きの最後から２番目のクエンチ交換器２２ａは、中間クエンチ交換器と呼ぶこともできる。代替的に、クエンチ交換器２１及びクエンチ交換器２２ａの両方を２次クエンチ交換器と呼び得る。
【0184】
プロセス流ＰＲは、電気加熱器Ｅ１内で特に約６６０℃の温度まで更に加熱され、電気スチームクラッキング炉２１０にフィード流として供給される前、クエンチ交換器２２内で予熱される。ここでは明確にするためにＰＥと示される分解ガスとしてのプロセス流は、クラッキング炉２１０から回収され、クエンチ交換器２１、２２、２２ａ及び２３に通される。電気スチームクラッキング炉２１０からのプロセス流ＰＥエフルエントは、特に約８４０℃の温度で電気スチームクラッキング炉２１０から回収され、クエンチ交換器２１から特に約５５０℃の温度で回収され、クエンチ交換器２２から特に約３４０℃の温度で回収され、クエンチ交換器２３から特に約２００℃の温度で回収される。
【0185】
その後、プロセス流ＰＥは、図９のみに示されるように、本発明の一実施形態によれば、圧縮器６０、特に電気モータＭが駆動するプロセス・ガス圧縮器内の圧縮を含め、任意の種類の処理を受け得る。そのような圧縮器６０又は圧縮器の構成は、少なくとも１つの更なるクラッキング炉ユニット１０００又は２０００からのプロセス流を圧縮するためにも使用し得る。更なる詳細については、上記の説明を参照されたい。特に、全ての又は本質的に全ての圧縮器が電気的に駆動される分離列が設けられる。
【0186】
蒸気生成装置３０が設けられ、蒸気生成装置３０は、蒸気ドラム３１と、蒸気の生成に使用される他の構成要素とを含む。概して、本明細書の全体を通して、主に、特定の機能と共に説明される１つの装置に属する構成要素又は構成要素の群を参照する場合、このことは、相互接続部分を備える施設では典型であるように、この構成要素が、更に、追加の又は異なる機能を有する異なる装置又は構成要素の群の一部ではないことを除外しない。例えば、クエンチ交換器２１、クエンチ交換器２２及びクエンチ交換器２３は、本明細書では、クエンチ冷却列２０の一部として説明されるが、これらは、蒸気生成装置３０にも統合し得る。
【0187】
点線矢印でも示されるボイラ給水ＢＦは、蒸気ドラム３１に供給される前、熱交換器Ｘ３内で特に約１８０℃の温度レベルまで加熱され、クエンチ交換器２３内で特に約２９０℃の温度まで加熱され、蒸気ドラム３１から、ボイラ給水ＢＦ流は、クエンチ交換器２１にも通され、気化される。鎖線矢印でも示され、蒸気ドラム内に生成され、特に約３２５℃の温度及び特に約１２２バールの絶対圧力の圧力レベルで供給し得る飽和蒸気ＳＳは、部分的に、熱交換器Ｘ２、Ｘ３及びＸ１を動作させるために使用でき、熱交換器Ｘ２において、凝縮液ＣＯが生成され、凝縮液ＣＯは、熱交換器Ｘ３及びＸ１内で過冷却される。
【0188】
飽和蒸気ＳＳの残りの部分は、クエンチ交換器２２ａ内で過熱され、一点鎖線矢印でも示される（中度）過熱高圧蒸気ＳＵを生成する。過熱高圧蒸気ＳＵのパラメータは、以前に広範囲に説明してある。図示の実施形態では、このパラメータは、約３７５℃の温度及び約１２１バールの絶対圧力を有し得る。参照の目的のみで５０で示される蒸気利用装置において、過熱高圧蒸気ＳＵは、加熱の目的で使用されるが、好ましくは、回転機器の駆動の目的では実質的に使用されない。本明細書では、過熱高圧蒸気ＳＵは、膨張ユニット５１、５２、５３を使用して断熱的及び等エントロピ的に膨張され、熱消費器５４、５５、５６に供給される高圧蒸気ＨＰ、中圧蒸気ＭＰ及び低圧蒸気ＬＰを生成する。全ての炉から移出される蒸気（高圧蒸気又は超高圧蒸気）は、対応する蒸気ヘッダ、即ち、蒸気を施設上で様々な消費器に分散させる大容量の管システム内で収集し得る。より下側の圧力蒸気ヘッダへの供給接続は、この最も高い圧力蒸気ヘッダから行われる。従来の施設において、そのような蒸気ヘッダは、炉の出口における蒸気移出圧力をわずかに下回る、（タービンの動作のために）おおよその一定圧力で動作する。本発明の実施形態によれば、この最も高い圧力蒸気ヘッダの圧力レベルは、有利な緩衝効果を達成するように、より広範囲に変更し得る。
【0189】
図９及び図示のスチームクラッキング炉ユニット２１００への説明を要約すると、プロセス・ガスＰＥは、第１の段（クエンチ交換器２１）において、最新技術の燃焼炉と同様に、気化ボイラ給水ＢＦに対して急速に、効果的に冷却される。第２の段（クエンチ交換器２２）において、プロセス・ガスＰＥは、フィード－エフルエント交換器内で、電気クラッキング炉１１に供給される前に予熱されるプロセス・ガスＰＲに対して冷却される。図９に示される実施形態では、クエンチ交換器２２ａは、プロセス・ガスＰＥを冷却するように設けられる一方で、クエンチ交換器２１内で生成された飽和蒸気ＳＳの一部分を中度に過熱し得る。
【0190】
図１０において、本発明の一実施形態による更なるスチームクラッキング炉ユニット２２００が示される。概して、図９によるスチームクラッキング炉ユニット２１００に関連する説明は、図１０によるスチームクラッキング炉ユニット２２００にも同様に適用され、相違点のみを以下で説明する。
【0191】
図１０によるスチームクラッキング炉ユニット２２００において、クエンチ交換器２２ａは省略され、電気蒸気過熱器Ｅ２が代わりに設けられる。プロセス・ガスＰＥは、ここでは、特に約３４０℃の温度でクエンチ交換器２２から回収される。
【0192】
図１１において、本発明の一実施形態による更なるスチームクラッキング炉ユニット２３００が示される。概して、スチームクラッキング炉ユニット２１００に対する説明に基づく、図１０によるスチームクラッキング炉ユニット２２００に関連する説明は、図１１によるスチームクラッキング炉ユニット２３００にも同様に適用され、相違点のみを以下で説明する。
【0193】
図１１によるスチームクラッキング炉ユニット２３００において、やはり、クエンチ交換器２２ａは存在せず、電気蒸気過熱器Ｅ２が代わりに設けられる。図１１によるスチームクラッキング炉ユニット２３００において、電気加熱器Ｅ１も省略される。更に、熱交換器Ｘ２内で加熱されたプロセス・ガス流ＰＲは、クエンチ交換器２１内で更に加熱され、蒸気ドラム３１は、クエンチ交換器２２と接続される。
【0194】
電気スチームクラッキング炉２１０からのプロセス・ガスＰＥのエフルエントは、クエンチ交換器２２から特に約３４０℃の温度で回収される。プロセス流ＰＥは、特に約５２５℃の温度でクエンチ交換器２１から回収される。
【0195】
したがって、図１１に示される実施形態では、最初の２つのクエンチ段は逆にされており、このことは、プロセス・ガスＰＥのエフルエントが、最初に、予熱されるフィード・プロセス・ガスＰＲに対して冷却され、次に、気化ボイラ給水ＢＦに対して冷却されることを意味する。そのような実施形態では、クエンチ交換器２１内で十分に高い予熱温度に到達し得るため、電気フィード予熱器の必要はない。移出される高圧蒸気は、再度、中度に過熱され、図９及び図１０からの両方の変形形態は、蒸気過熱のために使用し得る。
【0196】
図９から図１１に示される全ての３つの実施形態は、最も好ましくは大部分がエタンから構成される軽い（ガス）原料で動作する電気クラッキング炉２１０用に特別に設計されている。したがって、全てのこれらの実施形態は、クエンチ交換器２３を特徴とし、クエンチ交換器２３は、今日の産業の慣習に従って、分解ガスを２００℃までの温度レベルまで更に冷却する一方で、蒸気ドラム３１に供給されるボイラ給水を特に予熱する。
【0197】
更に、プロセス流を生成するために混合した後、熱交換器Ｘ２内の飽和蒸気を使用することによって、炭化水素フィードＨＣ及びプロセス蒸気ＰＳの（３００℃を下回る温度レベルでの）最初の予熱が行われる。得られた高圧凝縮液ＣＯは、上述の他の予熱段内で更に使用し得る。
【0198】
図１２において、本発明の一実施形態による更なるスチームクラッキング炉ユニット２４００が示される。概して、図９によるスチームクラッキング炉ユニット２１００に対する説明に基づく、図１０によるスチームクラッキング炉ユニット２２００に関連する説明は、図１２によるスチームクラッキング炉ユニット２４００にも同様に適用され、相違点のみを以下で説明する。
【0199】
図１２によるスチームクラッキング炉ユニット２４００において、やはり、クエンチ交換器２２ａは存在せず、電気蒸気過熱器Ｅ２が代わりに設けられる。ここで、飽和蒸気ＳＳの一部ではなく、過熱蒸気ＳＵの一部が熱交換器Ｘ３に供給される。したがって、プロセス流ＰＲは、特に、熱交換器Ｘ２内で特に約３３０℃の温度まで加熱し得るため、クエンチ交換器２２内で回収される熱はより少なく、クエンチ交換器２２内で冷却されるプロセス流ＰＥのエフルエントは、特に３７０℃の温度でクエンチ交換器２２から回収される。
【0200】
図１２の実施形態は、以前に示した実施形態の代替として、中度過熱蒸気ＳＵは、プロセス流ＰＲを生成した後、炭化水素フィードＨＣ及びプロセス蒸気ＰＳの最初の予熱を確実にするために使用し得ることを特に示す。
【0201】
図１３において、本発明の一実施形態による更なるスチームクラッキング炉ユニット２５００が示される。概して、図９によるスチームクラッキング炉ユニット２１００の主な構成要素に関連する説明は、図１３によるスチームクラッキング炉ユニット２５００にも適用されるが、いくつかの相違点が存在し、これらの相違点を以下で説明する。
【0202】
図１３によるスチームクラッキング炉ユニット２５００において、特に約１８５℃の温度にあるプロセス蒸気ＰＳは、上記のように混合ノズルＭ内でフィード炭化水素ＨＣと混合され、特に約１２０℃の温度でプロセス流ＰＲを生成する。プロセス流ＰＲは、クエンチ交換器２３内で特に約２８０℃の温度まで更に加熱され、クエンチ交換器２１内で、以前のように、電気スチームクラッキング炉２１０に供給される前、特に約６６０℃の温度まで加熱される。プロセス・ガスＰＥのエフルエントは、特に約８４０℃の温で電気スチームクラッキング炉２１０から回収され、クエンチ交換器２１から特に約５１０℃の温度で回収され、クエンチ交換器２２（更なるクエンチ交換器２２ａは存在しない）から特に約３４０℃の温度で回収され、クエンチ交換器２３から特に２００℃の温度で回収される。
【0203】
ボイラ給水ＢＦは、クエンチ交換器２２と接続される蒸気ドラム３１に供給される。飽和蒸気ＳＳは、約１２２バールの絶対圧力の圧力レベルで、約３２５℃の温度で生成し得る。飽和蒸気ＳＳは、電気加熱器Ｅ２内で過熱され、上記のパラメータを有する過熱蒸気ＳＵを生成する。
【0204】
図１３に示される実施形態は、プロセス流ＰＲを生成した後、炭化水素フィードＨＣ及びプロセス蒸気ＰＳの最初の予熱を確実にする更なるオプションを含み、クエンチ交換器２３は、フィード－エフルエント交換器として設計される。この可能性は、例えば、図９、図１０及び図１２等に示される実施形態と組み合わせることもできる。
【0205】
図１４において、本発明の一実施形態による更なるスチームクラッキング炉ユニット２６００が示される。概して、図９によるスチームクラッキング炉ユニット２１００に対する説明に基づく、図１０によるスチームクラッキング炉ユニット２２００に関連する説明は、図１４によるスチームクラッキング炉ユニット２６００にも同様に適用され、相違点のみを以下で説明する。
【0206】
図１４によるスチームクラッキング炉ユニット２６００において、クエンチ交換器２３は存在せず、オイル・クエンチ２５が代わりに使用される。したがって、ボイラ給水ＢＦは、蒸気ドラム３１に通される前、熱交換器Ｘ３のみで、特に約２６０℃の温度まで加熱される。更なる熱交換器Ｘ４が設けられ、混合ノズルＭ内でプロセス蒸気ＰＳと混合される前、フィード炭化水素を更に加熱する。プロセス蒸気ＰＳは、同様に、事前に、更なる熱交換器Ｘ５で加熱される。熱交換器Ｘ２、Ｘ４及びＸ５は、飽和蒸気ＳＳで動作し、凝縮液流は、以前に説明したように、熱交換器Ｘ１及びＸ３内で使用される前に回収される。
【0207】
図１４によるスチームクラッキング炉ユニット２６００において、プロセス蒸気ＰＳは、特に約１８０℃の温度で最初に供給される。熱交換器Ｘ２下流のプロセス流ＰＲの温度レベルは、特に、約３００℃である。電気加熱器Ｅ１内での加熱は、特に、約６３０℃の温度まで実施される。プロセス・ガスＰＥのエフルエントは、特に約８７０℃の温度で電気クラッキング炉２１０から回収され、クエンチ交換器２１から特に約６００℃の温度で回収され、第１のクエンチ交換器２２から特に約３９０℃の温度で回収され、クエンチ交換器２２ａから特に３８０℃の温度で回収され、オイル・クエンチ２５から更なる適切な温度レベルで回収される。蒸気ドラム２１内で生成される飽和蒸気ＳＳは、特に約１２２バールの絶対圧力の圧力レベルで、特に約３２５℃の温度で供給される。クエンチ交換器２２ａ下流の過熱高圧蒸気ＳＵは、特に約１２１バールの絶対圧力の圧力レベルで、特に約３８０℃の温度で供給される。
【0208】
図１５において、本発明の一実施形態による更なるスチームクラッキング炉ユニット２７００が示される。概して、図９によるスチームクラッキング炉ユニット２１００に対する説明に基づく、図１４によるスチームクラッキング炉ユニット２６００に関連する説明は、図１５によるスチームクラッキング炉ユニット２７００にも同様に適用され、相違点のみを以下で説明する。
【0209】
図１５によるスチームクラッキング炉ユニット２７００において、プロセス蒸気ＰＳは、第１の混合ノズルＭ１及び第２の混合ノズルＭ２内でフィード炭化水素ＨＣに連続的に混合され、第２の混合ノズルＭ２内で混合されたプロセス蒸気ＰＳは、更なる電気加熱器Ｅ３内で更に加熱される。
【0210】
代替プロセス変形形態として、図１４及び図１５は、液体原料及び重液体原料のそれぞれに対して動作する電気炉２１０に適用される、本発明の例示的実施形態を示す。そのような実施形態では、燃焼液体原料炉と同様に、クエンチ交換器２３はない。フィード予熱区分は、典型的には、より複雑であり、例えば、更なるフィード予熱段（重液体原料のための電気プロセス蒸気過熱器の使用を含む図１４及び図１５を参照）並びに／又は複数流熱交換器における１つ若しくは複数のプロセス蒸気過熱段を特徴とする。とはいえ、図１４及び図１５に示される実施形態は、図９に示される実施形態の簡単な適合である。したがって、図１０から図１２に示される実施形態によって提示される変形形態は、同様に、図１４及び図１５に示される液体フィード炉は、図９のガス・フィード炉に適用されたため、図１４及び図１５に示される液体フィード炉にも適用し得る。
【0211】
図１６において、本発明の一実施形態による更なるスチームクラッキング炉ユニット２８００が示される。概して、図９によるスチームクラッキング炉ユニット２１００に対する説明に基づく、図１５によるスチームクラッキング炉ユニット２７００に関連する説明は、図１６によるスチームクラッキング炉ユニット２８００にも同様に適用され、相違点のみを以下で説明する。
【0212】
図１０によるスチームクラッキング炉ユニット２２００と同様に、やはり、クエンチ交換器２３は省略され、電気蒸気過熱器Ｅ２が代わりに設けられる。例示的変形形態として、図１６は、図１１に示されるガス・フィード変形形態と同様の重液体フィード炉のプロセス変形形態を示す（クエンチ交換器２１は、フィード－エフルエント交換器として設計される）。
【0213】
図１７において、水の場合のモリエ（エンタルピ／エントロピ）線図が示され、エントロピｓは、ｋＪ／（Ｋ×ｋｇ）単位で水平軸上に表示され、エンタルピｈは、ｋＪ／ｋｇ単位で垂直軸上に表示される。本発明の一実施形態により使用される中度過熱は、点７１で示される一方で、従来技術により使用される高過熱は、点７２で示される。断熱又は等エントロピ膨張は、本発明及び本発明の実施形態により実施され、蒸気が加熱目的でのみ使用されることを意図とする場合の弁又はレデューサの状態変化を特徴とし、点７１から開始される矢印で示される一方で、ポリトロープ膨張は、本発明ではなく、従来技術により実施され、蒸気が、加熱目的で使用する前に、まず機械的な目的で使用されることを意図する場合の蒸気タービンの状態変化を特徴とし、点７２から開始される矢印で示される。
【0214】
本発明によれば、単なる等エントロピ膨張によって、圧力は、位相変化を伴わずに、熱消費器が必要とする圧力及び温度レベルまで低減し得る。（３８０℃及び１２０バールの絶対圧力での支持点を特徴とする）そのような等エントロピ状態変化の例示的な温度展開曲線８１は、２０から１６０バールの絶対圧力の間の圧力範囲で、（＋２０Ｋ及び＋８０Ｋの露点限界を有する）対応する最も好ましい曲線包絡線８２及び８３と共に、図１８に示される。図１８において、バール単位の絶対圧力が水平軸に示され、℃単位の温度は、垂直軸に示される。
【0215】
【0216】
【0217】
１６００で示される、図２０による燃焼スチームクラッキング炉ユニットの構成要素に関し、図４から図８、特に図５に関する説明を参照されたい。図２０に示される実施形態の必須の態様は、約６１０℃の温度までの２段燃焼空気予熱を含むことであり、フィードＨＣは、熱クエンチ冷却熱交換器２２及び２３内でプロセス蒸気ＰＳと共に燃焼する前後に予熱され、ボイラ給水は予熱されず、対流区分内で３つの熱交換器バンドル１２４、１２５及び１２６のみを使用し、煙道ガス排出温度は、約１１０℃である。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【国際調査報告】