特表 2024-530316 オレフィンを製造する方法、および熱エネルギー回収組立体

(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】2024-08-16

(54)【発明の名称】オレフィンを製造する方法、および熱エネルギー回収組立体

(51)【国際特許分類】

   C10G 9/36 20060101AFI20240808BHJP

【ＦＩ】

C10G9/36

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024513287

(86)(22)【出願日】2022-08-22

(85)【翻訳文提出日】2024-02-27

(86)【国際出願番号】 EP2022073363

(87)【国際公開番号】W WO2023025737

(87)【国際公開日】2023-03-02

(31)【優先権主張番号】21193413.8

(32)【優先日】2021-08-27

(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】508171804

【氏名又は名称】サビック グローバル テクノロジーズ ベスローテン フェンノートシャップ

(71)【出願人】

【識別番号】518002273

【氏名又は名称】アルヴォス ゲーエムベーハー

(74)【代理人】

【識別番号】110000338

【氏名又は名称】弁理士法人 ＨＡＲＡＫＥＮＺＯ ＷＯＲＬＤ ＰＡＴＥＮＴ ＆ ＴＲＡＤＥＭＡＲＫ

(72)【発明者】

【氏名】ヴェラスコ ペラエス，ラウル

(72)【発明者】

【氏名】スティーブンソン，スコット エイ．

(72)【発明者】

【氏名】ハックマン，マイケル エドワード

(72)【発明者】

【氏名】オプリンズ，アルノ ヨハネス マリア

(72)【発明者】

【氏名】シュレール，ジョセフ ウィリアム

(72)【発明者】

【氏名】ヘッツァー，イェンス

(72)【発明者】

【氏名】ヴァイデンフェラー，ヨルク

(72)【発明者】

【氏名】オルブリヒト，ミヒァエル

(72)【発明者】

【氏名】リンネンコール，アンドレアス

(72)【発明者】

【氏名】シュリーター，トルステン

【テーマコード（参考）】

4H129

【Ｆターム（参考）】

4H129AA02

4H129CA02

4H129CA03

4H129CA20

4H129DA03

4H129FA11

4H129NA43

4H129NA45

(57)【要約】

オレフィンを生成する方法は、炭化水素フィードを熱エネルギー回収組立体の外管に供給し、その外管内で炭化水素フィードを加熱して予熱された炭化水素フィードを出力することを含みます。その予熱された炭化水素フィードを、予熱された炭化水素フィードを加熱するための電気発熱裂解炉の反応ゾーンに供給し、その電気発熱裂解炉の反応ゾーン内で、電気によって発生した熱を利用して予熱された炭化水素フィードを加熱して、割れた炭化水素とオレフィンを含む熱反応器排出物を出力することを含みます。その熱反応器排出物を、熱エネルギー回収組立体の内管に供給し、その熱エネルギー回収組立体の内管内で、熱反応器排出物を炭化水素フィードに熱を移動させて冷却することを含みます。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

炭化水素供給物を熱エネルギー回収組立体の外管に供給し、
前記熱エネルギー回収組立体の前記外管において前記炭化水素供給物を加熱して、予熱された炭化水素供給物を出力し、
前記予熱された炭化水素供給物を反応ゾーンを含む電気駆動分解炉に供給して、前記余熱された炭化水素供給物を加熱し、
電気によって生成された熱を使用して前記電気加熱分解炉の前記反応ゾーンにおいて前記予熱された炭化水素供給物を分解して、分解された炭化水素およびオレフィンを含む熱反応器排出物を出力し、
前記熱反応器排出物を前記熱エネルギー回収組立体の内管に供給し、
前記炭化水素供給物へ熱を伝達させることによって、熱反応器排出物を前記熱エネルギー回収装置の前記内管において冷却する、
ことを含むオレフィンを製造する方法。

【請求項2】

前記熱エネルギー回収組立体の前記外管に、前記炭化水素供給物とは異なる追加の供給物を供給し、
前記熱エネルギー回収組立体を介して前記熱反応器排出物から前記追加の供給物へ熱を伝達することによって、前記追加の供給物を加熱する、
ことをさらに含む請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記熱エネルギー回収組立体の前記外管から部分的に予熱された炭化水素供給物を取り出し、
前記部分的に予熱された炭化水素供給物を前記熱エネルギー回収組立体に供給し、
前記熱エネルギー回収組立体を介して前記熱反応器排出物から熱を移動させることによって、前記部分的に予熱された炭化水素供給物をさらに加熱して、前記予熱された炭化水素供給物を出力する、ことをさらに含む請求項１または２に記載の方法。

【請求項4】

前記熱反応器排出物を少なくとも2.5ケルビン／ミリ秒、少なくとも3.5ケルビン/ミリ秒、または少なくとも4.5ケルビン/ミリ秒の速度で冷却する、ことをさらに含む請求項１～３の何れか１項に記載の方法。

【請求項5】

前記熱反応器排出物が前記熱エネルギー回収組立体を通過する際の圧力降下が、0.35バール未満、0.30バール未満、0.25バール未満、0.20バール未満、または0.15バール未満である、請求項１～４の何れか１項に記載の方法。

【請求項6】

前記熱反応器排出物が前記熱エネルギー回収組立体の内に滞留する時間が、100ミリ秒未満、95ミリ秒未満、90ミリ秒未満、85ミリ秒未満、83ミリ秒未満、または80ミリ秒未満である請求項１～５の何れか１項に記載の方法。

【請求項7】

前記炭化水素供給物が前記熱エネルギー回収組立体を通過する際の圧力降下が、2から15バール、2.5から10バール、3から8バール、3から10バール、4から9バール、または5から8バールの範囲内である、請求項１～６の何れか１項に記載の方法。

【請求項8】

請求項１～７の何れか１項に記載の方法を運用するための熱エネルギー回収組立体であり、
外管と内管とを含み、
炭化水素供給物が電気駆動分解炉に供給され、該分解炉は反応ゾーンを備えており、該反応ゾーンで炭化水素供給物が加熱され、
前記内管は、第一の入口を備えており、該第一の入口は前記電気駆動分解炉からの前記熱反応排出物を受け取るように構成されており、
前記外管は、前記内管を取り囲むように配置され、内管の周囲にアニュラスを形成し、該アニュラスは前記炭化水素供給物を受け取るように構成された第二の入口を含む、熱エネルギー回収組立体。

【請求項9】

前記アニュラスは、前記内管から前記アニュラスへの熱伝達を促進するための少なくとも1つの熱伝達増強部を含む、請求項８に記載の熱エネルギー回収組立体。

【請求項10】

前記アニュラスは第1段を含み、前記少なくとも1つの熱伝達増強部は衝突部、乱流促進部、高せん断誘発ジオメトリ部、または表面積の増加部の1つ以上を含む、請求項９に記載の熱エネルギー回収組立体。

【請求項11】

前記アニュラスは、上流端と下流端の間にプレート衝突部を含み、
前記プレート衝突部は、
上流端に段入口を有し、下流端での流れを閉じる第1のチャネルと、
下流端に段出口を有し、前記第1のチャネルと前記内管の間に配置される第2のチャネルと、
前記第１のチャネルを前記第２のチャネルから分離し、前記第1のチャネルと前記第2のチャネルを流体的に接続する開口を定義する壁と、を含み、
前記プレート衝突部は、前記段入口を介して供給物を受け取り、前記壁の前記開口を介して前記第1のチャネルから前記第2のチャネルに供給物を流し、前記供給物の流れを内管の外表面に衝突させ、前記第2のチャネルの前記段出口から前記供給物を排出するように構成されている、請求項１０に記載の熱エネルギー回収組立体。

【請求項12】

前記アニュラスはピッコロ衝突部を含み、前記ピッコロ衝突部は、
前記内管の周囲かつ前記外管の内に配置された上流側の仕切りと、
前記内管の周囲かつ前記外管の内に、前記アニュラスの内の前記上流側の仕切りよりも下流側に配置された下流側の仕切りであり、前記下流側の仕切りは少なくとも1つの段出口を定義する下流側の仕切りと、
前記外管の内かつ前記内側の周囲に、前記上流側の仕切りと前記下流側の仕切りとの間に定義されたチャンバと、を含み
前記内管からずれたピッコロチューブであり、前記ピッコロチューブは、前記上流側の仕切りから前記下流側の仕切りまで前記室を通って延び、前記ピッコロチューブは入力供給物を受け取るための段入口を含み、前記ピッコロチューブは、前記ピッコロチューブに定義されている複数の開口部を含み、前記ピッコロ衝突部は、前記段入口から供給物を受け取り、前記複数の開口部を介して前記ピッコロチューブから供給物を前記チャンバ内に流し込み、前記少なくとも1つの段出口を介して前記チャンバから供給物を排出するように構成されている、請求項１０に記載の熱エネルギー回収組立体。

【請求項13】

前記アニュラスは少なくとも第1段と第2段を含み、前記第1段と前記第2段が直列に配置され、両段とも少なくとも1つの熱伝達増強部を含む、請求項１０に記載の熱エネルギー回収組立体。

【請求項14】

前記内管が乱流促進部、高シア誘発ジオメトリ部、または表面積の増加部のいずれかを含む熱伝達増強部を備えている、請求項８～１３の何れか１項に記載の熱エネルギー回収組立体。

【請求項15】

互いに平行に配置された複数の内管を備え、各内管は外管内に配置され、各外管は、前記内管から前記外管内に定義された前記アニュラスへの熱伝達を増強するための衝突部、乱流促進部、高せん断誘起ジオメトリ部、または表面積の増加部の１つ以上を有する、請求項９～１４の何れか１項に記載の熱エネルギー回収組立体。

【請求項16】

請求項１から７の何れか１項に記載された方法の実施に、請求項８から１５の何れか１項に記載された熱エネルギー回収組立体を使用すること。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は熱エネルギーの転送システムおよび方法について、特に、熱処理水から反応炉のフィードへ熱エネルギーを転送するためのエネルギー回収装置について示しています。

【背景技術】

【0002】

炭化水素原料の蒸気クラッキングは、ガス焚き蒸気クラッキング炉での蒸気クラッキングがオレフィンの製造における主要な手法です。このような方法で、エタン、プロパン、ブタン、凝縮物、軽質ナフサ、重質ナフサ、ガソリン、ピロリシス油、精製所のストリームからの材料、フィッシャー・トロプシュ製品、プラスチック廃棄物、またはバイオ原料などの炭化水素を、約650°Cから時には850°C近くまで加熱し、エチレンやプロピレンなどの軽質オレフィンへの変換を促進します。亀裂反応は吸熱反応であるため、かなりの量の熱を供給しなければなりません。

【0003】

従来の蒸気分解プロセスでは、必要なエネルギーを供給するために天然ガスや軽ガスをガス焚き蒸気分解炉で燃焼させていました。ガス焚き蒸気分解炉で炭化水素を燃焼させると二酸化炭素が排煙の一部として排出されます。これは現在の環境配慮の観点からは望ましくありません。オレフィンは主要な化学ビルディングブロックであり、小型クラッカーで年間数十万トン、大型オレフィン製造施設では年間200万トン以上生産されます。その結果、ガス焚き蒸気分解炉でオレフィンを製造すると、高濃度の二酸化炭素が大量に発生する可能性があります。

【0004】

従来のガス焚きオレフィン製造炉で燃焼ガスが分解反応に熱を供給できるのは、およそ650℃から850℃以上に限られていました。この温度以下に冷却された時に発生する残りの熱をできるだけ多く抽出し、プラントでのエネルギー効率の向上に役立てます。この熱は従来いわゆる対流部において回収されます。そのエネルギーで高温になり、原子炉フィードと希釈蒸気は分解反応を起こします。

【0005】

オレフィン製造では、一度フィードに亀裂が入ると、亀裂ガスを処理する前に反応器排出物を冷却する必要があります。亀裂による反応器内の副作用を低減または防止するためには、反応器排出物が比較的高温である間に速やかに冷却します。また、効率のよいエネルギー活用のために、反応器排出物の熱を可能な限り回収し、他のプロセスで使用することが望まれます。

【0006】

従来のシステムの急速冷却は転送管熱交換器（TLE）で行われ、反応器排出物が水と熱を交換して高圧蒸気を生成することで冷却されます。この冷却方法は一般的な気体に対する冷却よりも熱伝達が速く、同じ交換体ジオメトリでも5倍、場合によっては10倍速くなるという利点があります。この蒸気は、蒸気タービンやその他の補機の動力として使用されることがあります。例えば一般的に蒸気は、亀裂の入ったガス圧縮機、冷凍圧縮機、ポンプの動力として使用されます。コンプレッサやポンプなどの回転機器を駆動する蒸気は、反応器排出物を冷却することによってエネルギーが生み出されその作業効率も高いですが、熱の形のエネルギー（例えば蒸気に含まれる熱）では蒸気に比べ30％～50％程の作業効率となります。

【0007】

従来の水蒸気分解プロセスで発生する大量の二酸化炭素を削減する解決策の一つは、電気式蒸気分解です。電気式蒸気分解では電気によって加熱された分解炉を使用します。これによりガス焚き分解炉よりも二酸化炭素の排出量を削減しました。
しかし、電気式蒸気分解炉には技術的な課題もあります。1点目は、電気式蒸気分解炉を使用するとガス焚き分解炉のような熱煙道ガスが発生しないため、別の方法で供給する必要があります。2点目は、分解プロセス内で異なるエネルギー統合が必要です。コンプレッサーやポンプなどの回転機器は、簡単に電気で駆動できます。さらにこのような機器を電気で駆動する効率は、蒸気で駆動する効率よりもはるかに高く、蒸気で駆動する場合のエネルギー効率は一般的に30～50%であるのに対し、電気で駆動する場合のエネルギー効率は90%以上に達します。従って、電気蒸気分解プロセスでは、電気を使用してこれらの装置に電力を供給することにかなりのインセンティブがあります。つまり、反応器排出物を冷却する際に現在回収されているエネルギーは、もはやポンプやコンプレッサーの動力としてではなく、プロセス全体のエネルギー効率を高いレベルで維持するための別の用途を見つける必要があります。

【0008】

申請者は、電気駆動プロセスについて、熱反応器排出物を冷却処理して得られたエネルギーを使用しながら、分解ガスを急速冷却し副反応を阻止するシステムを開示しました。また電気炉のフィードを予熱するためのシステムの必要性を開示しています。

【発明の概要】

【0009】

本開示の一実施形態において、オレフィンを製造する方法は以下を含みます。

【0010】

（１）炭化水素原料を熱エネルギー回収組立の外管に供給する工程
（２）熱エネルギー回収組立の外管で加熱して予熱された炭化水素原料を出力する工程
（３）予熱された炭化水素原料を電気式クラッキング炉に供給し、そこで加熱する工程
（４）電気によって発生した熱を用いて電気式クラッキング炉で予熱された炭化水素原料をクラッキングし、クラックされた炭化水素およびオレフィンを含む熱い反応器排出物を出力する工程
（５）熱反応器排出物を熱エネルギー回収組立の内管に供給する工程
（６）熱反応器排出物を熱エネルギー回収組立の内管で、熱を炭化水素原料に伝達することによって冷却する工程

【0011】

特定の実施形態では、本方法には、炭化水素原料とは異なる追加の原料を熱エネルギー回収組立の外管に供給する工程も含まれる場合があります。そして熱エネルギー回収組立を介して熱反応器排出物から追加の原料に熱を伝達して加熱する工程も含まれる場合場があります。

【0012】

特定の実施形態では、本方法には、熱エネルギー回収組立の外管から部分的に予熱された炭化水素原料を取り出す工程も含まれる場合があります。そして、部分的に予熱された炭化水素原料を熱エネルギー回収組立に供給し、さらに熱エネルギー回収組立を介して熱反応器排出物から熱を伝達して部分的に予熱された炭化水素原料をさらに加熱し、予熱された炭化水素原料を出力する工程も含まれる場合があります。特定の具体化において、その方法は2.5度ケルビン/ミリ秒、3.5度ケルビン/ミリ秒、4.5度ケルビン/ミリ秒の割合で熱反応器排出物を冷却する事を含みます。

【0013】

特定の具体化では、熱エネルギー回収組立を通過する熱反応器排出物の圧力降下は0.35bar未満、0.30bar未満、0.25bar未満、0.20bar未満、0.15bar未満です。熱エネルギー回収組立内での熱反応器排出物の滞留時間は、100ミリ秒未満、95ミリ秒未満、90ミリ秒未満、85ミリ秒未満、83ミリ秒未満、80ミリ秒未満です。熱エネルギー回収組立を通過するフィードの圧力降下は、2から15バール、2.5から10バール、3から8バール、3から10バール、4から9バール、5から8バールの範囲内です。

【0014】

特定の実施形態では、熱エネルギー回収組立には、第一のインレットを備えた内管が含まれ、この第一のインレットは、電気式クラッキング炉からの熱反応器排出物を受け取るように構成されています。また、内管を囲むように外管が配置され、内管の周囲には、炭化水素原料を受け取るための第二のインレットを備えたアニュラスが配置されています。アニュラスは内管からの熱伝達を向上させる手段として用いられます。アニュラスは、第一段階、プレート衝撃装置、乱流促進、高せん断誘導ジオメトリ、表面積の増加といった伝熱強化の作用があります。またアニュラスには、上流端と下流端の間のプレート衝撃装置が含まれる場合があり、プレート衝撃装置には上流端にステージ入口があり、下流端で流れるように閉じられている第1チャネル、下流端にステージ出口がある第2チャネル、第1チャネルと内管の間に廃棄されている第2チャネル、第1チャネルと内管を流体的に接続するための開口部となる壁、ステージ入口を介してフィードを受信し、第1チャンネルから第2チャンネルへのフローフィードを壁の開口部を介して受け、フィードの流れが内管の外面のプレート衝撃装置、第2チャネルのステージ出口を介して排気フィードが流れるように構成されている。またアニュラスにはピッコロ衝撃装置が含まれる場合があり、ピッコロ衝撃装置は以下を含む場合があります。

【0015】

内管の周囲および外管内に配置された上流の分割子；内管の周囲および外管内に配置され、アナルジー内の上流の分割子よりも下流に位置する下流の分割子で、下流の分割子は少なくとも1つの段階アウトレットを定義する；上流の分割子と下流の分割子の間の外管内および内管周囲に定義されたチャンバー；ピッコロ衝撃装置は以下のように構成されています。

【0016】

内管からオフセットされたピッコロチューブは、上流の分割子から下流の分割子までチャンバーを通って延び、流入フィードを受け取るための段階インレットが含まれます。ピッコロチューブには、複数の開口部が定義されており、段階インレットからフィードを受け取り、複数の開口部を介してピッコロチューブからチャンバーにフィードを流し込み、チャンバーから少なくとも1つの段階アウトレットを介してフィードを排出するように構成されています。

【0017】

アニュラスには、第一段階と第二段階があります。第一段階と第二段階は直列に配置される場合があり、両段階とも熱伝達増強手段が含まれる場合があります。内管には衝撃装置、乱流促進、高せん断誘発ジオメトリ、または表面積の増加などの熱伝達補強手段が含まれます。熱エネルギー回収組立は、各内管が外管内に廃棄された状態で互いに平行な内管を含んでおり、内管から外管内のアニュラスへはプレート衝撃装置、乱流促進、高せん断誘導ジオメトリ、表面積の増加といった伝熱強化をしています。

【0018】

ここまでの主要な情報とその他の側面と利点について、ここで詳しく説明します。前述の情報と以下の詳細な説明はさまざまな側面や実施形態の例示であり、その性質と特性を理解するためのあくまで概要や枠組みを提供しています。またこれらはさまざまな組み合わせや順列で存在する可能性があることをご理解ください。以下の記述と添付の図面を参照してください。

【図面の簡単な説明】

【0019】

添付の図面は、この仕様書の一部であり、詳細に実施形態の原則を説明しています。本書で論じられている実体とその実践の方法については、基本的な内容となっています。また以下で説明する図面の特徴は、必ずしも正しい縮尺で描かれているわけではありません。図面内の特徴や要素の寸法は、より明確に説明するために拡大または縮小されることがあります。

【0020】

【図1】図１は、熱反応器排出物を提供するためのフィードを加熱するためのサンプル炉集合体の一部の模式図です。

【図2A】図２Ａは、熱エネルギー回収組立の一例の部分模式断面図です。

【図2B】図２Ｂは、図２Ａに示す熱エネルギー回収組立例のＢ‐Ｂ線に沿って撮影された部分模式断面エンドビューである。

【図3A】図３Ａは、別の例の熱エネルギー回収組立の部分的な概略的な斜視図です。

【図3B】図３Ｂは、図２に示す熱エネルギー回収組立例の線Ｂ‐Ｂに沿って撮影された部分模式断面エンドビューです。

【図4A】図４Ａは、内管の一例を示す模式的な断面図であり、内管の内部表面に丸みを帯びた突起がある例を示しています。

【図4B】図４Ｂは、内管の内面に長方形の突起物の例を含む別の例の内管の模式断面図です。

【図5】図５は、オレフィンを製造する方法の例のブロック図です。

【発明を実施するための形態】

【0021】

図面は、いくつかのビュー全体を通じて部品のように示すために、数字のように含まれています。以下の説明は、関連する技術に熟練している人ならば、多くの変更が加えられる可能性があることが分かるでしょう。また、その特徴を選択することによって、いくつかの利点が得られる可能性があることも明らかになるでしょう。描写に熟練した人も、多くの修正や適応が可能であり、特定の状況ではそれがむしろ望ましいことでさえあると認識するでしょう。以下の記述は、実体の原理を説明するものであり、限定されるものではありません。

【0022】

ここで使用される語句および用語は、説明を目的としたものであり、限定されたものとはみなされません。ここでいう「複数」とは、2つ以上の項目または構成要素を指します。「構成する」、「含む」、「運ぶ」、「持つ」、「包含する」、「関与する」という用語は、書面またはクレームおよびそれに類するもののいずれにおいても、オープンエンドの用語、すなわち、特に断りのない限り「含むがこれに限定されない」という意味です。したがって、当該用語の使用は、その後に列挙された項目、およびそれに準ずるもの、および追加の項目を含むことを意味します。「構成する」と「本質的に構成する」という推移句は、いかなる主張についても、それぞれ閉鎖的または半閉鎖的な推移句です。クレーム要素を変更する請求項における「第１項」「第２項」「第３項」等の序数項の使用は、単独では、あるクレーム要素の他のクレーム要素に対する優先順位、優先順位、順序、方法の行為が実行される時間的順序等を意味するものではなく、クレーム要素を区別するために、ある名称を有するクレーム要素と同じ名前を有する他のクレーム要素（ただし、序数項の使用）を区別するラベルとしてのみ使用されます。

【0023】

また、ここで数量的な対策、値、幾何学的関係などに言及される場合がありますが、特に述べられていない限り、これらのいずれか一つまたは複数が、製造またはエンジニアリングの許容差などによる許容範囲内の変動を考慮して、絶対的または近似的である場合があります。

【0024】

図１は、熱反応器排出物を提供するフィードを加熱するための炉組立１０の例を概略的に説明しています。特定の実施形態では、炉組立10は炭化水素からオレフィンを製造するために使用される場合があります。図に示したように、1、炉組立10は、電気式炉20と熱エネルギー回収組立30を含む場合があります。本文中で使用されている「熱反応器排出物」というフレーズは、炉20の下流に位置し、反応器排出物が炉20から出た温度から冷却されていることを指します。熱エネルギー回収組立30には、1つまたは複数の段階が含まれる場合があります。例えば、図に示されているように、第1段階31a、第2段階31b、および第3段階31cなどです。1.複数の段階を含む特定の実施形態では、段階は実質的に同じ構造構成を持つ場合があり、1つ以上の段階が他の段階の構造構成と異なる構造構成を持つ場合があります。複数のステージを含むいくつかの実施形態では、２つ以上のステージが互いに（例えば、物理的および／または処理に関して）直列であってもよい（例えば、図１を参照）。また、いくつかの実施形態では、複数のステージを含む場合、2つ以上のステージが相互に(たとえば、物理的および/または処理に関して)並行して実行される場合があります。

【0025】

特定の実施形態では、炉20はフィードを受け取り、フィードを反応温度まで加熱して熱反応器排出物を提供するように構成されている場合があります。特定の実施形態では、フィードまたは排出物は液体、気体、またはそれらの組み合わせの形態である場合があります。例えば、炉20は電気式クラッキング炉であり、フィードは、炉20でクラッキングするための炭化水素であるか、またはそれを含む場合があります。この場合、熱反応器排出物には、クラックされた炭化水素が含まれ、少なくとも部分的に気体状態である場合があります（例：完全に気体状態）。特定の実施形態では、炉20は、フィードをクラッキング温度まで加熱して、炭化水素を所望の生成物に分解するように構成されている場合があります。これらの生成物は、炉20から熱反応器排出物として排出される可能性があります。フィードには、例えば、エタン、プロパン、ブタン、凝縮物、軽質ナフサ、重質ナフサ、ガソリン、ピロリシス油、精製所のストリームの処理から派生した材料、フィッシャー・トロプシュ製品、プラスチック廃棄物、バイオ原料が含まれる場合があります。フィードにはさらに蒸気が含まれることがあります。特定の実施形態では、炉20は、リアクターフィードライン22を介して1つ以上のリアクターゾーンまたはリアクターチャンバー25（例：クラッカーチューブまたはクラッキングコイル）にフィードを受け取り、リアクター排出物ライン28を介して熱反応器排出物を排出するように構成されている場合があります。特定の実施形態では、炉20は、例えば、フィードがリアクターフィードライン22を介してリアクターチャンバー（複数ある場合もある）25にほぼ連続的に流れ込み、リアクターチャンバー（複数ある場合もある）25から熱反応器排出物としてリアクター排出物ライン28を通じて流れ出るように、クラッキング温度まで電気加熱されている場合があります。リアクターチャンバー25は、直接または間接的に電力で加熱される場合があります。炉20の効率を向上させるために、フィードは、リアクターチャンバー（複数ある場合もある）25に入る前（例：上流方向）に、フィードのクラッキング温度に近い温度まで予熱される場合があります。図1には描かれていない追加の装置（例：熱伝達装置）を横断するように、リアクターフィードライン22と反応器排出物ライン28が構成されている場合があります。

【0026】

特定の実施形態では、熱エネルギー回収組立30は、ガス対ガスのエネルギー回収装置または熱交換器である場合があります。熱エネルギー回収組立30は、リアクターチャンバー（複数ある場合もある）25から熱反応器排出物を受け取り、熱反応器排出物を炭化物の望ましい生成物を保持し、または反応器排出物内での副反応が発生するのを防ぐために、熱反応器排出物を煮沸温度まで急冷するように構成されている場合があります。例えば、熱反応器排出物が冷却される際など。特定の実施形態では、単一の熱エネルギー回収組立30が複数のリアクターチャンバー（25）からの熱反応器排出物を受け取る場合があります。特定の実施形態では、単一のリアクターチャンバー25が複数の熱エネルギー回収組立30に熱反応器排出物を提供する場合があります。リアクターチャンバー25の数と熱エネルギー回収組立30の数との比率は、0.1から10の範囲内にあり、例えば、0.5から2の範囲内にある場合があります。

【0027】

熱反応器排出物は、575°C、600°C、610°C、620°C、625°C、630°C、640°C、650°C、700°C、750°C、800°C、850°Cの温度で熱エネルギー回収組立30に入ります。熱反応器排出物を冷却するために、熱エネルギー回収組立30は、例えば、フィードがリアクターチャンバー25に入る前（例：リアクターチャンバー25の上流）に、フィードを冷却媒体として利用する場合があります。熱エネルギー回収組立30内で熱反応器排出物を冷却する結果、フィードはそのクラッキング温度により近い温度まで予熱される可能性があります（例：350°C、375°C、400°C、450°C、500°C、550°Cの温度まで）。特定の実施形態では、熱エネルギー回収組立30は、フィードをクラッキング温度を超えるように予熱するように構成されている場合があります。例えば、フィードが650°Cを超える温度まで予熱されると、熱エネルギー回収組立30内でクラックが発生し始めるようになる可能性があります。ここで使用されている「冷却された反応器排出物」とは、熱エネルギー回収組立30を通過した反応器排出物を指します。特定の実施形態では、熱反応器排出物は、熱エネルギー回収組立30を通過する前または後に部分的に冷却または急冷される可能性があります。特定の実施形態では、予熱されたフィードは、リアクターチャンバーに入る前にさらに加熱される場合があります（例：火炎加熱器や電気加熱器を用いて）。

【0028】

熱エネルギー回収組立30が、電気駆動の反応炉へのフィードを加熱するために、熱反応器排出物から熱エネルギーを回収するように構成される場合もあります。図2Aから図3Bに関してここで説明されているように、特定の実施形態では、熱エネルギー回収組立30には内管34と外管40が含まれる場合があります。内管34には、電気で動作する反応炉からの熱反応器排出物を受け取るように構成された第1入口が含まれる場合があります。外管40は、内管34の周囲に配置され、内管34の周囲に環状の空間44を囲むように配置されている場合があります。本文中では、「環状空間（annulus）」や「環状（annular）」（およびそれらの派生語）という用語が使用されていますが、「環状空間44」は、内部と外部の円によって定義されるかどうかにかかわらず、内部と外部の円形境界を有する環状の断面を形成する場合があります。特定の実施形態では、断面の内部および/または外部の境界は円形以外の形状をしており、三角形、四角形、多角形、楕円形、卵形などの形状をしている場合があります。特定の実施形態では、内管の中心軸は外管の中心軸と一致する場合があります。特定の実施形態では、内管の中心軸が外管の中心軸からずれている場合があります。「環状」という用語（およびその派生語）も同様に解釈される可能性があります。環状空間(アニュラス)44には、電気で動作する反応炉へのフィードを受け取るように構成された第2入口が含まれる場合があります。アニュラス44は、電気で動作する反応炉へのフィードを供給する前に、熱反応器排出物から熱エネルギーを回収するために、電気で動作する反応炉へのフィードを冷却媒体として使用するように構成されている場合があります。アニュラス44は、熱反応器排出物からフィードへの熱伝達を向上させるように構成されている場合があります。一部の実施形態では、熱反応器排出物は、反応物ガス入口チャンバーまたは他のコネクターを介して第1入口に到達することがあります。いくつかの実施形態では、冷却はフィードガスのインレットチャンバーや他のコネクターに供給される場合があります。いくつかの実施形態では、排気ガスインレットチャンバーは、反応チャンバーをインナーチューブに接続する場合があります。特定の実施形態では、フィードを複数のアニュラス44に接続するためのヘッダが提供される場合があります。いくつかの実施形態では、インナーチューブ34からの冷却されたクラックガスがヘッダーを使用して集められる場合があります。特定の実施形態では、複数のアニュラス44からの加熱されたフィードがヘッダを介して結合される場合があります。いくつかの実体化では、複数のアニュラス４４が単一の機械装置に含まれることがあり、複数のクラッキングコイルからの熱廃液がガス吸入室または他のコネクタを介して供給され、冷フィードが供給ヘッダから供給されます。

【0029】

用途によっては、熱エネルギー回収組立30内の反応器排出物の滞留時間または圧力降下が、プロセスまたは炉組立10内の加熱プロセスによって達成される製品に影響を与える場合がある。熱反応器排出物が熱エネルギー回収組立３０を通過する際に生じる滞留時間と圧力降下の両方が、炉組立１０によって生成される生成物のエチレン選択性に影響を与える可能性があります。滞留時間は、熱反応器排出物がその分解温度を超える温度、例えば650℃を超える時間として定義できます。いくつかの実施形態では、例えば反応器排出物のエチレン選択性を維持するために、熱反応器排出物の急冷中に滞留時間と圧力降下の両方のバランスをとることができます。例えば、熱エネルギー回収組立の圧力低下は、炉組立10のクラッキングコイルの圧力上昇の結果、炉組立10のクラッキング反応の選択性を変化させ、選択性に影響を与える可能性があります。滞留時間に関しては、滞留時間が長くなると、熱エネルギー回収組立30で追加の副反応が発生する可能性があります。

【0030】

いくつかの実施形態では、熱エネルギー回収組立３０は、例えば、炉２０への供給物を高温反応器排出物の冷却媒体として使用して、炉２０から受け取った熱反応器排出物を急冷するように構成され得ます。反応器チャンバー２５に入る前に、熱反応器排出物によって予熱されます。例えば、図1に示すように、熱エネルギー回収組立30は、冷却フィードライン32を介してフィードを受け取り、リアクションチャンバー25に予熱されたフィードを反応供給ライン22を介して供給することがあります。熱エネルギー回収組立３０は、反応器排出物ライン２８から熱反応器排出物を受け取り、急冷された反応器排出物を急冷された急冷された排出物ライン３８に提供することができます。

【0031】

いくつかの実施形態では、熱エネルギー回収組立30は、熱反応器排出物からフィードへの熱交換を行うためにガス対ガス熱交換器として動作するように構成される可能性があります。ガス間で熱が交換される結果、液体からガスへの熱交換器（例：ガス火力クラッキング炉に通常使用される、比較的低温の冷却媒体として沸騰水を使用する蒸気生成熱交換器）に比べて、所望の滞在時間内で反応器排出物を消火することがより困難になります。これは、一般的にガス間熱交換器における熱伝達係数が低く、ホットとコールドの流体間の温度差が低いことが原因です。したがって、以下の一部の例示的な実施形態で説明されているように、熱エネルギー回収組立30の追加の設計機能が望まれる場合があります。

【0032】

図2Aおよび図2Bを参照して、例示的な熱エネルギー回収組立30の一部が示されており、内管34（たとえば、中央管）を介して熱反応器排出物が流れ、外管40によって少なくとも部分的に定義される空隙44を介してフィードが流れているチューブインチューブデザインが示されています。表示されているように、内管34は熱エネルギー回収組立30の中心軸の周囲に配置されています。いくつかの実施形態では、内管34は熱エネルギー回収組立30の中心軸に配置されるか、または中心軸からオフセットされる場合があります。

【0033】

熱エネルギー回収組立３０は、並流熱交換器または向流熱交換器（例えば、示されるように）であってもよく、熱反応器排出物が熱エネルギー回収組立３０を通って第１の方向に流れ、供給原料が熱エネルギー回収組立３０を通って流れます。熱エネルギー回収組立３０は、第１の方向とは反対の第２の方向に移動する。いくつかの実施形態では、内管３４は入口３３および出口３５を含んでもよく、熱反応器排出物は入口３３を通って入り、内管３４を通って流れ、出口３５を通って出る。アニュラス44には、入口43と出口45が含まれ、フィードが入口43を介して入り、アニュラス44を通って流れ、予熱されたフィードとして出口45を通って出る場合があります。このような実施形態では、熱反応器排出物は、原料を予熱するために原料への熱伝達によって冷却される前の最高温度で、原料が供給される場所に隣接する入口３３から熱エネルギー回収組立３０に入ります。反応器排出物によって加熱された後の最高温度は、予熱された原料として出口４５を通って熱エネルギー回収組立３０から出ます。反応器排出物（例：冷却された反応器排出物）は、フィードを加熱した後の最低温度で、出口35から熱エネルギー回収組立30を出ます。この時、フィードは、熱反応器排出物による加熱前の最低温度で、入口43を介して熱エネルギー回収組立30に入ります。いくつかのそのような具体化では、熱反応器排出物は、フィードが最高温度の熱エネルギー回収組立３０から出る時点で最高温度の熱エネルギー回収組立３０に入り、反応器排出物は、フィードが最低温度の熱エネルギー回収組立３０に入る最低温度の熱エネルギー回収組立３０から出ます。実体によっては、熱エネルギー回収組立３０は、熱エネルギー回収組立３０内で反応器排出物とフィードが同じ方向に流れる共電流熱交換器である場合もあります。いくつかの実施形態では、熱エネルギー回収組立30が複数のステージで構成される場合、一部のステージは同行流であり、他のステージは逆行流である場合があります。

【0034】

いくつかの実施形態では、内管34は、滑らかな内部表面を持つ素管または平滑管である場合があります。いくつかの実施形態では、内管34には、乱流を促進するまたは内管34の表面積を増加させる熱伝達向上策が含まれる場合があります。例えば、内管34には速度ロッドやその他の乱流促進構造が含まれる場合があります。内管３４は、内管３４を流れる反応器排出物と接触する表面積を増加させるために、フィン（例えば、直線フィン及び／又はライフルドフィン、断面が長方形及び／又は丸みを帯びたフィン）又はその他の表面を含むことができます。このような内管３４内の伝熱増強は、反応器排出物の滞留時間を減少させる可能性があります。伝熱の強化により、反応器排出物内の圧力低下が増加する可能性があります。内管34内の熱伝達増強手法の組み込みは、例えば、熱伝達増強手法から生じる圧力降下を低減するためにバランスが取られる場合があります。特定の実施形態では、内管34の汚れが予想され、内管34の頻繁なクリーニングが必要になる場合があります。そのような実施形態では、内管34はクリーニングを助けるために直線状または無地の状態である場合があります。特に特定の実施形態では、内管34の一部のセクションが無地であり、内管34の他のセクションが、上記で言及した乱流促進構造や面積増加特性などの熱伝達強化を含んでいる場合があります。

【0035】

特定の実施形態では、アニュラス44には、ウィングレット、人工粗さ、ワッシュボード/溝、ピンフィン、および/またはディンプルなどの乱流促進構造が含まれる場合があります。そのような構造は、内管34の外表面からの熱伝達率を増加させる可能性があり、または、アニュラス44を通過するフィードの圧力降下を増加させる可能性があります。独自の熱伝達強化として単独で使用されるか、または、本文で説明されているプレートやピッコロ衝撃装置などの他の熱伝達強化と組み合わせて使用される可能性があります。

【0036】

特定の実施形態では、アニュラス44には、高速度で流れるフィードによって生じる可能性のある高せん断流を促進するように構成された高せん断誘導ジオメトリが含まれる場合があります。たとえば、50メートル毎秒（m/s）を超える、または60m/sを超える、または70m/sを超える、または80m/sを超える流速のフィードが流れる場合があります。特定の実施形態では、アニュラスを通る高せん断フィード流の方向は、内管とほぼ平行である場合があります。いくつかの実施形態では、高せん断誘導ジオメトリは、外側のチューブを構成して、内側のチューブ34の外側表面と外側のチューブ40の内側表面との間の間隔が、10ミリメートル（mm）以下、8mm以下、6mm以下、または4mm以下になるように構成されている場合があります。高せん断速度は、流れるフィードから内側チューブ34の外側表面への高速の熱伝達率を促進することで、熱伝達増強として機能する場合があります。

【0037】

特定の実施形態では、衝撃による熱伝達促進は、外管を通る流体の流れを指す場合があります。その流れは、入口から出口に向かうにつれて平均的な方向が内管とほぼ平行であり、内管に向かって意図的に流れるように誘導されます。たとえば、アニュラスに導入された幾何学的特徴を使用しています。いくつかの実施形態では、この方向性のある（衝撃的な）流れは、例えば、内側チューブに対して垂直であるか、内側チューブの軸に対して30度より大きい角度で内側チューブに向けられる可能性があります。同時に、その速度は外側チューブの流体の表面速度よりも比較的大きい可能性があります（例えば、外側チューブの流体の体積流量を内側と外側のチューブ間の環状断面積で割ったもの）。いくつかの実施形態では、衝突を促進する幾何学的特徴は、例えば、内側チューブに向けて配置されたノズルや開口部、または流れ経路に配置された障害物を含むことがあります。これらの障害物は、より内側のチューブに対してより平行な方向から流体をより直接的に内管の外表面に向ける方向に流れを転換する可能性があります。これらの例の特徴は、周期的な形で実装されることがあります。たとえば、内管の長さまたは円周に沿って間隔を置いて発生する衝突ゾーンが生じる可能性があります。申請者は、このような衝撃特性の導入が、外管を通る平行流によって達成される速度に比べて、熱伝達速度を増加させることを発見しました。さらに申請者は、適切な熱伝達増強レベルにおいて、衝突流の速度と表面速度の比率が2より大きい、5より大きい、10より大きいことを発見しました。衝突流の速度は、ノズルや開口部の場合、ノズルや開口部によって定義される総流路面積で割った容積流によって近似される可能性があります。さらに、熱伝達の向上は、衝突誘発機構間の距離（例えば、ノズルまたは開口部５４の間）でより適切であることが判明する可能性があります。そして、内管は、ノズルまたは開口部５４の直径の約１２倍から約１２倍、直径の約１０倍から約１０倍、または直径の約２倍から約８倍です。衝撃装置機能の例には、プレート衝撃装置またはピッコロ衝撃装置が含まれます。特定の実施形態では、第一段階の少なくとも一つの熱伝達増強要素が、第二段階の少なくとも一つの熱伝達増強要素と同じであっても異なっていてもよい。

【0038】

図2A、図2B、図3A、および図3Bを参照すると、熱エネルギー回収組立30のアニュラス44（図2Aおよび2Bを参照）には、内管34内の反応器排出物からアニュラス44内のフィードへの熱伝達を促進するための1つ以上の構造が含まれている場合があります。例えば、熱エネルギー回収組立30には、アニュラス44内にプレート衝撃装装置50が含まれる場合があります。図2Aおよび2Bに示されているように、または熱エネルギー回収組立30には、ピッコロ衝撃装置60（図3Aも参照）が含まれる場合があります。これは、熱エネルギー回収組立30のアニュラス44（図3Bも参照）においても同様です。

【0039】

特に図2Aおよび2Bを参照すると、プレート衝撃装置50は、冷却媒体（例：フィード）が第1チャンネル52に入るようにすることができます。これは、熱エネルギー回収組立30のアニュラス44の外側または外周に、内管34から離れた場所に、段階的な入口43を介して行われる場合があります。冷却媒体は、壁55内の1つ以上のノズルまたは開口部54を介して第一チャネルから外部へ出て、内管34と接触している第二チャネル56に入る。第1チャネル52は、例えば、下流端58で終了し、冷却媒体が強制的に第2チャネル56に送られ、アニュラス44を流れ、第2チャネル56の下流端の段階的な出口45を通って排出されるようにすることができます。壁55は第一チャネル52と第二チャネル56を分離しています。熱エネルギー回収組立30には、その長さに沿って配置された1つ以上のプレート衝撃装置50が含まれる可能性があります。図2Aおよび2Bに示されている各板衝撃50は、熱エネルギー回収組立30が互いに直列または並列に1つ以上のプレート衝撃ステージを含むものと見なすことができます。

【0040】

いくつかの実施形態では、ノズルまたは開口部54の1つ以上は円形断面を持つ場合があります。そのような実施形態のいくつかでは、1つまたは複数のノズルまたは開口部54の直径は、約1ミリメートル（mm）から約15mmまでの範囲内である場合があります。たとえば、約2mmから約10mm、約3mmから約8mm、または約4mmから約7mmまでの範囲内である場合があります。円形断面を持たないノズルまたは開口部54の場合、ノズルまたは開口部54の断面積は、ほぼ円形断面を持つノズルまたは開口部54の断面積にほぼ対応する場合があります。いくつかの実施形態では、ノズルまたは開口部54は、壁55の長手方向の異なるポイントで周方向に整列しているか、壁の長手方向にらせん状にずれて配置されている可能性があります。いくつかの実施形態では、壁55は、内部チューブ34の外表面からの距離が、たとえば、ノズルまたは開口部54が円形の断面を有する場合、ノズルまたは開口部54の直径と同じ距離からノズルまたは開口部54の直径の約12倍までの範囲、または直径から10倍までの範囲、直径の約2倍から約8倍までの範囲に及ぶように配置される可能性があります。

【0041】

いくつかの実施形態では、ノズルまたは開口部54は、壁55の円周の周りに配置されている可能性があります。例えば、壁55の長手方向のある点で、壁は、例えば1から15個のノズルまたは開口部54を含む場合があります。これは、内管34の寸法によって少なくとも部分的に依存することがあり、内管34が比較的大きい場合は、比較的多くのノズルまたは開口部54があるかもしれません。いくつかの実施形態では、ノズルまたは開口部54は内管34の周囲に円周方向に配置される場合があります。例えば、ノズルまたは開口部54と内管34の外表面の直径の合計にノズルまたは開口部54から内管34の外表面までの距離の2倍を掛けたものに（すなわち、3.14159）を乗じ、これらを円周の周囲にあるノズルまたは開口部54の数で割った値と等しい間隔に配置される場合があります。いくつかの実施形態では、ノズルまたは開口部54は、壁55の長手方向の長さに沿っておおよそ均等に間隔を置かれ、または壁55を周囲においておおよそ均等に間隔を置かれることがあります。

【0042】

図3Aおよび3Bを参照すると、ピッコロ衝撃装置60には、冷却媒体（例：フィード）が1つ以上のピッコロまたは外部チューブ62に入り、内部チューブ34の周囲に定義されたチャンバー66が含まれる場合があります。特定の実施形態では、チャンバー66は一般的に環状を定義し、例えば、図2Aおよび2Bに示されているアニュラス44のようなものとする場合があります。外部チューブ62にはステージ入口43が含まれ、1つ以上のノズルまたは開口部64が含まれる場合があり、これらは外部チューブ62からチャンバー66に冷却媒体が流れ込むように構成されています。これにより、冷却媒体は内部チューブ34に接触するようになります。いくつかの実施形態では、例えば図３Ｂに示すように、１つまたは複数のノズルまたは開口部６４を内管３４の外面に向けることができるチャンバ６６は、第１のまたは上流のディバイダ６５と第２のまたは下流のディバイダ６７との間に画定され得る上流側の仕切り板65には、冷却媒体が外部チューブ62に入るのを許す開口部が含まれる場合があります。下流側の仕切り板67は、外部チューブ62の下流端を終了させ、その中に定義された出口を含む場合があります。これにより、冷却媒体はチャンバー66から外部チューブ62の別のセットに流れ出るか、熱エネルギー回収組立30から流れ出ることができます。熱エネルギー回収装置30には、その長さに沿って配置された1つまたは複数のピッコロ衝撃装置60が含まれる場合があります。各ピッコロ衝撃装置60は、図3Aおよび3Bに示されているように、ピッコロ衝撃装置ステージと見なすことができ、熱エネルギー回収組立30には、これらのピッコロ衝撃装置が直列または並列に1つ以上含まれる場合があります。

【0043】

いくつかの実施形態では、ノズルまたは開口部64のうちの1つ以上が円形の断面を持つ場合があります。そのような実施形態では、1つ以上のノズルまたは開口部64の直径は、約1ミリメートル（mm）から約15ミリメートル（mm）までの範囲である場合があります。たとえば、約2mmから約10mm、約3mmから約8mm、または約4mmから約7mmまでの範囲です。円形断面を持たないノズルまたは開口部64の場合、ノズルまたは開口部64の断面積は、円形断面を持つノズルまたは開口部64の断面積とほぼ対応する場合があります。いくつかの実施形態では、各ノズルまたは開口部64は、それぞれの外部管62に対して円周方向に配置されます。この配置により、各ノズルまたは開口部64を通過する流体は、内側管34の外表面に対して約90度の角度で方向付けられます。いくつかの実施形態では、各ノズルまたは開口部64のうち1つ以上は、それぞれの外部管62に対して円周方向に配向されています。この配向により、ノズルまたは開口部64を通過する流体は、内側管34の外表面に対して直角ではない角度で方向付けられます。この角度は、約10度から約80度、約20度から約80度、約30度から約80度、または約45度から約80度までの範囲内で変動します。いくつかの実施形態では、ノズルまたは開口部64は、外部管62の長さ（たとえば、外部管の長手軸に沿った方向）に沿って異なるポイントに配置され、円周方向に整列される可能性があります。いくつかの実施形態では、ノズルまたは開口部64は、内管34の外表面からの距離が範囲内であるように配置されます。たとえば、ノズルまたは開口部64が円形の断面を持つ場合、ノズルまたは開口部の直径と同じ距離からノズルまたは開口部の直径の約12倍まで、または直径から約10倍まで、約2倍の直径から約8倍までの距離です。

【0044】

いくつかの実施形態では、各外管62には、外管62の長さに沿って複数の場所に1つのノズルまたは開口部64が含まれる場合があります。いくつかの実施形態では、各外管62には、1つから15個のノズルまたは開口部64、1つから10個のノズルまたは開口部64、1つから5個のノズルまたは開口部64（たとえば、4つのノズルまたは開口部64）、または5個から10個のノズルまたは開口部64が含まれる場合があります。いくつかの実施形態では、各外管62上の隣接するノズルまたは開口部64間の距離が定義される場合があります。たとえば、隣接するノズルまたは開口部64間の距離をノズルまたは開口部64の直径で割った値が1以上かつ20以下であるようにすることがあります。1つの段における外管62の数は1から12、または2から6の間であることがあります。

【0045】

熱エネルギー回収組立30は、その長さに沿って複数の段を有するモジュラー設計を持つことがあります。たとえば、熱エネルギー組立30には、プレート衝撃装置50とピッコロ衝撃装置60が含まれることがあります。いくつかの実施形態では、熱エネルギー回収組立30にはプレート衝撃装置50のみが含まれるか、またはピッコロ衝撃装置60のみが含まれることがあります。特定の実施形態では、熱エネルギー回収組立30には、プレート衝撃装置50、ピッコロ衝撃装置60、および乱流促進（TP）機能またはTP段が含まれる場合があります。

【0046】

熱エネルギー回収組立30は、従来の転送管熱交換器(TLE)と併用されることがあります。例えば、反応器排出物が575℃、600℃、610℃、620℃、630℃、640℃、650℃、700℃、750℃、800℃、850℃の温度で熱エネルギー回収組立30に入る限り、従来のTLEを使用して、反応器排出物の初期焼入れを行い、その後熱エネルギー回収組立30に続いてもよい。あるいは、熱エネルギー回収組立30の後に従来のTLEが続くことがあります。例えば、熱エネルギー回収組立30がフィードを350°C、375°C、400°C、425°C、450°C、475°C、500°C、525°C、550°C、575°C、600°C、625°C、650°Cに予熱する場合。例えば、炉組立10には、熱エネルギー回収組立30の前または後に従来のTLEが含まれる場合があります。例えば、反応器排出物ライン28または焼入れ排水ライン38には、従来のTLEが含まれる場合がある。いくつかの実施形態では、従来のガスから液体への蒸気生成TLEは、熱エネルギー回収組立30と同じ組立の一部として構成される場合があります。いくつかの実施形態では、一部の実施形態に基づく熱エネルギー回収組立30は、蒸気流の過熱と組み合わせることができます。

【0047】

熱エネルギー回収組立30の段階の特性は、例えば、熱エネルギー回収組立30内の段階の位置に応じて調整される可能性があります。たとえば、熱エネルギー回収組立30がプレート衝撃装置50、チャネル52または56、ノズルまたは開口部54、またはプレート衝撃装置50の長さを含む場合、熱エネルギー回収組立30に沿ったその位置の条件に対して熱伝達を最適化するようにサイズおよび寸法を設定することができる。そのため、熱エネルギー回収組立30に沿った最初の位置にある段階50の第1のチャネル56は、熱エネルギー回収組立30に沿った第2の位置にある段階50の第1のチャネル56の放射高さよりも大きい可能性があります。同様に、最初の位置にある段階50のノズルまたは開口部54の直径は、第二の位置にある段階50のノズルまたは開口部54の直径よりも小さい可能性があります。いくつかの実施形態において、放射高さは、段階間で実質的に等しいままであるかもしれません。一部の実施形態において、熱エネルギー回収組立30がピッコロ衝撃段階60を含む場合、外部チューブ62の直径、ノズル64のサイズまたは数、またはピッコロ衝撃段階60の長さは、その位置での条件に最適な熱伝達を実現するためにサイズと寸法が調整される可能性があります。いくつかの実施形態において、段階から段階へのノズルまたは開口部54の数は、より多い、より少ない、または同じである場合があります。いくつかの実施形態において、ノズルまたは開口部54の列の数は、段階ごとに異なる場合があります。熱エネルギー回収組立30沿いの条件には、反応器排出物の温度、フィードの温度、反応器排出物のインレットまたはアウトレット圧力、フィードのインレットまたはアウトレット圧力、組立体の長さに沿った反応器排出物の圧力降下、熱エネルギー回収組立30の長さに沿ったフィードの圧力降下、フィードと反応器排出物の温度差、反応器排出物の速度、またはフィードの速度が含まれます。

【0048】

上記のように、熱エネルギー回収組立30には、互いに平行な段階が含まれる場合があります。熱エネルギー回収組立30は、熱エネルギー回収組立30に入る熱反応器排出物の温度または熱エネルギー回収組立体30から出る熱反応器排出物の温度に基づいて、これらの並列ステージの1つ以上をアクティブ化または非アクティブ化する可能性があります。段階がアクティブ化されると、熱反応器排出物が段階を流れており、段階が非アクティブ化されると、熱反応器排出物が段階を流れるのを防止されます。例えば、熱エネルギー回収組立30から出る冷却された反応器排出物が所望の温度を超える場合、熱エネルギー回収組立30は他の段階をアクティブ化するか、あるいは熱エネルギー回収組立30から出る冷却された反応器排出物が段階または段階を非アクティブ化するかもしれません。

【0049】

上記のように、熱エネルギー回収組立30には、互いに直列に配置された段階が含まれる場合があります。熱エネルギー回収組立30は、例えば、熱エネルギー回収組立30に入る熱反応器排出物の温度、熱エネルギー回収組立30から出る冷却された反応器排出物の温度、熱エネルギー回収組立30に入るフィードの温度または熱エネルギー回収組立30から出るフィードの温度に基づいて、これらの段階のいずれかをアクティブ化または非アクティブ化することがあります。いくつかの実施形態において、段階がアクティブ化されると、フィードがアクティブ化された段階を流れ、段階が非アクティブ化されると、フィードは非アクティブ化された段階を流れるのを防止される場合があります。たとえば、熱エネルギー回収組立30から出る冷却された反応器排出物の温度が所望の温度より高い場合、熱エネルギー回収組立30は1つ以上の追加の段階をアクティブ化して、熱エネルギー回収組立30から出る冷却された反応器排出物の温度が所望の温度に向かって低下し、また、熱エネルギー回収組立30から出る冷却された反応器排出物の温度が所望の温度より低い場合、熱エネルギー回収組立30は段階を非アクティブ化して、熱エネルギー回収組立30から出る冷却された反応器排出物の温度が所望の温度に向かって上昇するようにすることがあります。いくつかの実施形態において、熱エネルギー回収組立30には、例えば、技術者に理解されるように、コントローラが構成され、段階の動作を制御するように構成されている場合があります。例えば、熱エネルギー回収組立30には、コントローラと通信する複数の温度センサ、圧力センサ、流量センサなどが含まれる場合があります。そして、コントローラは、熱エネルギー回収組立30の操作を制御する関連する制御決定を行うための制御ロジックとして、コンピューターソフトウェアまたはハードウェアプログラムを使用する場合があります。これには段階を含む場合があります。いくつかの実施形態において、熱エネルギー回収組立30には、ラインまたは導管に関連する弁が含まれる場合があります。そして、コントローラは、少なくとも部分的には制御決定に基づいて制御信号を伝え、弁に関連するアクチュエータに流体（例：気体または液体）または熱の流れを制御するためのものです。また、アクチュエータは、伝えられた制御信号に従って作動し、熱エネルギー回収組立30の部品を作動させることができます。一部の例では、効率を考慮して、所望の性能パラメータを満たすために、熱エネルギー回収組立30を少なくとも部分的に手動で操作する人間のオペレータによって、コントローラが補完または置き換えられる場合があります。

【0050】

いくつかの実施形態では、熱エネルギー回収組立30は、他のクエンチング装置と一貫した滞留時間や圧力降下で熱反応器排出物をクエンチするように構成されている可能性があります。いくつかの実施形態では、熱エネルギー回収組立30は、他の種類のクエンチング装置とほぼ同等または改良されるように調整または最適化される場合があります。たとえば、熱エネルギー回収組立30は、熱エネルギー回収組立30内での時間によって測定される滞留時間が100ミリ秒（ms）未満となるように構成されている場合があります。たとえば、90ms未満、または85ms未満（例えば、83ms未満）;反応器排出物の圧力降下が0.35バール未満であること。たとえば、0.30バール未満、0.25バール未満、または0.20バール未満（例えば、0.15バール未満）;および/または冷却速度が2.5ケルビン（K）/msよりも大きいこと。たとえば、3.5K/msより大きい、4.0K/msより大きい、4.5K/msより大きい、少なくとも5K/ms、または少なくとも5.5K/ms。たとえば、冷却速度は、熱反応器排出物の入口温度（ケルビン単位）から923Kを引いたものを、熱反応器排出物の温度から923Kまで冷却するために必要な滞在時間で割ったものと定義される場合があります。ただし、熱反応器排出物の入口温度（ケルビン単位）が923K未満である場合や、冷却された反応器排出物の温度が923Kより大きい場合は、冷却速度は、熱反応器排出物の入口温度（ケルビン単位）から、熱エネルギー回収組立から出る際の冷却された反応器排出物の温度を引いたものを、組立内の排出物の滞在時間で割ったものと定義される場合があります。熱エネルギー回収組立30は、反応器排出物側の圧力降下および冷却速度の性能に加えて、フィードの圧力降下を2から15バール、例えば、2.5から10バール、3から8バール、3から10バール、または4から9バール（例えば、5から8バール）に設定するように構成されている場合があります。例えば、内部チューブからフィードへの熱伝達率を十分に高く促進しながら、フィードが熱エネルギー回収組立30に入る前に必要な加圧量を管理するためです。

【0051】

一部の実施形態では、熱エネルギー回収組立30は、熱反応器排出物を急冷し、同時に炭化水素フィードを反応器フィード温度まで予熱するように構成または制御される可能性があります。例えば、熱エネルギー回収組立30は、炭化水素フィードを十分に予熱しない場合でも、段階を備えて、熱反応器排出物から炭化水素フィードへの熱の移動を構成するように設定されている可能性があります。いくつかの実施形態では、段階は、熱反応器排出物が内管を流れ、炭化水素フィードが外管を流れる管内管の設計を有しているかもしれません。外部チューブには、プレート衝撃装置、ピッコロ衝撃装置、外部チューブまたは内部チューブに関連付けられた乱流促進特性、または外部チューブまたは内部チューブに関連付けられた増加表面積などの熱伝達増強を有する段階が含まれる場合があります。例えば、内管には、熱反応器排出物からの熱伝達を促進するために設計された熱伝達増強が含まれているかもしれません。1つまたは複数のステージと内管を設定することには、熱を冷たいフィードに伝達しつつ、熱反応器排出物の所望の特性を達成するためのステージを選択することが含まれるかもしれません。例えば、ステージは、熱反応器排出物の冷却速度を向上させたり最大化したり、熱反応器排出物の圧力降下を改善したり最小限に抑えたり、熱反応器排出物の滞留時間を改善したり最小限に抑えたり、炭化水素フィードの圧力降下を改善したり最小限に抑えたりするために選択されるかもしれません。

【0052】

特定の実施形態では、熱エネルギー回収組立は、お互いに平行な複数の内管を含み、それぞれの内管が外管の内部に配置され、各外管が内管から外管内に定義されたアニュラスへの熱伝達を促進するための熱伝達増強部を有する場合があります。いくつかの実施形態において、熱エネルギー回収組立は、互いに平行に配置された複数の内部チューブを含み、各内部チューブが外部チューブの内部に配置されています。そして、外部チューブと任意の場合には内部チューブが、外部チューブ内に定義されたアニュラスへの熱伝達を向上させるための熱伝達増強を有しています。

【0053】

図4Aは、開示の実施形態に基づく例の内部チューブ34aを示す模式的な断面図であり、内部チューブ34aの内部表面72aに例の丸い突起70aが含まれています。図4Aに示されているように、いくつかの実施形態では、内部チューブ34の内部表面72aには、乱流促進構造や内部表面72aの表面積を増加させる構造が含まれている場合があります。例えば、図4Aに示されているように、内部チューブ34aの内部表面72aには、丸い突起70aが含まれる場合があります。いくつかの実施形態において、丸い突起70aは、内部チューブ34aの中心に向かって延びる場合があり、または内部チューブ34aの長さに沿って部分的に、断続的に、または完全に延びる場合があります。いくつかの実施形態において、丸い突起70aは互いに同じであるか異なるかのいずれかである場合があります。いくつかの実施形態において、丸い突起70aは、内部チューブ34aの長手方向の長さに沿って螺旋状に延びる場合があり、これにより内部チューブ34aを流れる流体の渦巻きを促進するためのものです。いくつかの実施形態において、内部チューブ34の内部表面の突起は、丸みを帯びていない構造を持つ場合があります。例えば、図4Bは、開示の実施形態に基づく別の例の内部チューブ34bを示す模式的な断面図であり、内部チューブ34bの内部表面72bには例の長方形の突起70bが含まれています。いくつかの実施形態において、内部チューブ34の内部表面には丸い突起と長方形の突起の組み合わせが含まれる場合があります。他の突起の配置も考慮されています。いくつかの実施形態において、内部チューブ34には、乱流促進構造や内部チューブ34の外表面の表面積を増やす構造が含まれる場合があります。例えば、内部チューブ34の外表面の表面積を増やすための乱流促進構造や構造は、内部チューブ34の内表面に上記の突起と少なくとも類似した突起を含むことがあります。いくつかの実施形態では、内部チューブ34の外表面の表面積を増やす構造は、乱流促進構造や衝撃特性の効果を向上させるために構成される場合があります。いくつかの実施形態では、外部チューブ40の内表面には表面積を増やす構造が含まれる場合があります。例えば、上記で説明したものと同様のものがあります。

【0054】

図5は、例えばエタン、プロパン、ブタン、コンデンセート、軽質ナフサ、重質ナフサ、ガソイル、ピロリシスオイル、製油所の流れを処理して得られる材料、フィッシャー・トロプシュ生成物、プラスチック廃棄物、バイオフィードストックなどの1つ以上を含む炭化水素フィードを加熱するための例の方法500のブロック図です。炭化水素フィードには、さらに蒸気が含まれる場合があります。炭化水素フィードは予熱され、その後に電気加熱クラッキング炉でクラックされ、オレフィンを含むクラックされた炭化水素が出力される場合があります。いくつかの実施形態において、例の方法500は、論理的なフローグラフ内のブロックの集合として図5に示されており、これらは操作のシーケンスを表しています。操作が説明されている順序は制限と解釈されるべきではありません。また、説明されているブロックのいずれかの数が、任意の順序または並列に組み合わせられて方法を実装するために使用される可能性があります。さらに、1つまたは複数のブロックで説明されている操作はオプションであり、または例の方法500から省略される可能性があります。例えば、ブロック512または514で説明されている操作が該当します。ただし、他のブロックで説明されている操作も、または代わりに例の方法500から省略される可能性があります。

【0055】

例の方法500は、502で、熱エネルギー回収組立の外部チューブに炭化水素フィードを供給することを含む場合があります。例えば、熱エネルギー回収組立は、ここで説明されているどんな熱エネルギー回収システムでも含むことができます。前述の通り、炭化水素フィードには、エタン、プロパン、ブタン、コンデンセート、軽質ナフサ、重質ナフサ、ガソイル、ピロリシスオイル、または製油所の流れを処理して得られる材料、フィッシャー・トロプシュ生成物、プラスチック廃棄物、またはバイオフィードストックなどのいずれかまたは複数が含まれる場合があり、またはクラッキングプロセスでオレフィンに変換される可能性のあるその他の炭化水素が含まれ、さらには蒸気が含まれる場合があります。いくつかの実施形態において、炭化水素フィードは、炭化水素フィードの供給源から供給される、または炭化水素フィードそのものである場合があります。

【0056】

504では、例の方法500はさらに、熱エネルギー回収組立の外部チューブで炭化水素フィードを加熱して、予熱された炭化水素フィードを出力することを含む場合があります。例えば、ここで説明したように、熱反応器の排出物から少なくとも部分的に供給される熱エネルギーによって、熱反応エネルギー回収システム内で熱伝達によって炭化水素フィードが予熱されることがあります。

【0057】

例の方法500は、506では、予熱された炭化水素フィードを反応ゾーンを含む電気加熱クラッキング炉に供給して、例えば、ここで前述したように予熱された炭化水素フィードを加熱することを含む場合があります。

【0058】

508では、例示的な方法500はさらに、予熱された炭化水素フィードを反応ゾーンで分解して、クラックされた炭化水素およびオレフィンを含む熱反応器排出物を出力することが含まれる場合があります。これは、先にここで説明した内容に基づいています。

【0059】

例の方法500は、510で、熱反応器排出物を熱エネルギー組立の内管に供給することも含まれる場合があります。これは、先にここで説明した内容に基づいています。例えば、いくつかの実施形態では、熱反応器排出物を熱エネルギー回収組立の内管に供給することは、熱反応器排出物を350℃、375℃、400℃、425℃、450℃、475℃、500℃、525℃、550℃、575℃、600℃、625℃、650℃、700℃、750℃、800℃、850℃で熱エネルギー回収組立の内管に供給することを含むことができる。

【0060】

512では、例の方法500はさらに、熱エネルギー回収組立の外部チューブに追加のフィードを供給することを含む場合があります。追加のフィードは、いくつかの実施形態において、502の炭化水素フィード源からの炭化水素フィードの供給の継続、異なる炭化水素フィード、水、または蒸気である場合があります。追加のフィードは、炭化水素フィードが供給されるステージとは異なるステージに供給される場合があります。追加のフィードは、炭化水素フィードと混合され、混合フィードが共通の出口で熱エネルギー回収組立を出る場合があります。追加のフィードは、炭化水素フィードとは異なるステージを通過し、異なる出口から出る場合があります。

【0061】

例えば、追加の炭化水素フィードを加熱するために、熱エネルギー回収組立を介して熱反応器排出物から追加の炭化水素フィードへ熱を移動させることを、前述のように行う方法500においても行うことがあります。熱エネルギー回収組立の外部チューブで追加のフィードを加熱して予熱フィードを出力することは、フィードを350°C、375°C、400°C、425°C、450°C、475°C、500°C、525°C、550°C、575°C、600°C、625°C、650°Cの温度まで加熱することを含む場合があります。いくつかの実施形態において、熱反応器排出物を熱エネルギー回収組立の内側チューブに供給することは、追加の炭化水素フィードに熱を移動させることで熱反応器排出物を急冷することを含む場合があります。いくつかの実施形態において、熱エネルギー回収組立の外側チューブでフィードを加熱することは、熱反応器排出物からのフィードへの熱の移動によってフィードを予熱することを含む場合があります。いくつかの実施形態において、例の方法500は、追加のフィードへの熱伝達を向上させるために、外部チューブまたは内部チューブに熱伝達増強を提供することをさらに含む場合があります。熱伝達の増強は、プレート衝突装置、ピッコロ衝突装置、乱流促進、または表面積の増加など、例えば、ここで前述したものと同様のものを含む場合があります。

【0062】

＜例＞
この開示の実施形態に基づくいくつかの熱エネルギー回収組立の熱伝達性能は、従来のチューブ内チューブ型ガス-ガス熱交換器の性能と比較されました。従来の熱交換器は送り側圧力降下1.76barで設計されており、インナーチューブやアニュラスのいずれも強化されていません。この開示の実施形態に基づく熱エネルギー回収組立は次の通りです。（1）内管に熱伝達増強部を持たず、アニュラスに高せん断ジオメトリを持つ管中管型の熱エネルギー回収組立、（2）内管にフィンを含み、アニュラスに乱流促進機能を持つ熱エネルギー回収組立、（3）内管にフィンを含み、アニュラスにプレート衝撃装置を持つ熱エネルギー回収組立、（4）内管にフィンを含み、アニュラスにピッコロ衝撃装置を持つ熱エネルギー回収組立、（5）内管にフィンがない（内部フィンなし）プレーンチューブを含み、アニュラスに乱流促進機能を持つ熱エネルギー回収組立、（6）内管にフィンがないプレーンチューブを含み、アニュラスにプレート衝撃装置を持つ熱エネルギー回収組立、および（7）内管にフィンがないプレーンチューブを含み、アニュラスにピッコロ衝撃装置を持つ熱エネルギー回収組立。

【0063】

比較の目的で、従来の熱交換器（"Comp."）と、開示の実施形態に基づく7つの例の熱エネルギー回収組立（1から7）の各々に対する境界条件が次のように設定されました。エタンのスチームクラッキングによって生じる熱い反応生成物が内管を通過し、エタンと蒸気を含む冷たいフィードが外管を通過しました。熱い反応生成物の質量流量は351.6キログラム/時間であり、内管の外径は60.3ミリメートルで、管の壁の厚さは3.6ミリメートルでした。熱い反応生成物と冷たいフィードは、以下の入口温度と出口温度に従って、逆流で流れていました。熱い反応生成物の入口温度は827℃で、出口温度は486℃であり、冷たいフィードの入口温度は236℃で、出口温度は650℃でした。

【0064】

熱伝達の計算のために設計されたソフトウェアツールが使用され、従来の熱交換器（"Comp."）と、開示の実施形態に基づく7つの例の性能が評価されました。以下の表Aは、以下で説明されるさまざまな指標に関する比較性能を示しています。各指標について、開示の実施形態に基づく各熱エネルギー回収組立（1から7）の値が、従来の熱交換器の対応する値と比較されています。比較のために提供される例の指標は、反応生成物の冷却率、加熱表面積、対応する装置のフィード側および反応生成物側の圧力降下、および反応生成物の滞留時間です。

【0065】

【表1】

表A
表Aに示されているように、開示の実施形態に基づく熱エネルギー回収組立は、冷却率、滞留時間、反応生成物の圧力降下、および必要な冷却表面積など、熱伝達増強機能のない熱交換器と比較して、改善された性能を提供する場合があります。この開示から明らかなように、冷却率の高い値や必要な表面積、反応生成物の圧力降下、および反応生成物の滞留時間の低い値は、一般的にプロセスの性能や設備コストの観点から好ましいことがあります。

【0066】

例2(a)から2(e)
876.8トン/時間（t/h）の炉混合フィード（すなわち、蒸気とナフサ）と反応ゾーンの反応生成物流（876.8t/h）の加熱および冷却プロファイルが、プロセスシミュレーションソフトウェアツールを使用して生成されました。そして、蒸気クラッキング反応のエネルギー要件も同様に生成されました。熱エネルギー回収組立を使用する場合と使用しない場合の実現可能なエネルギーバランスが構築されました。クラッカーの下流のユニット操作に関するモデルによれば、プラント全体のネット熱投入需要は163メガワット（MW）です。さらに、圧縮機やポンプによって供給される151MWの仕事の需要があり、これは41％の効率で動作する凝縮蒸気タービンを使用して回収された蒸気、または95％の効率で電気で供給することができることが決定されました。

【0067】

例2(a)は、従来の伝熱ラインエクスチェンジャー（TLE）で120バールの蒸気が生成される比較例です。混合フィードの温度は、プラントの下流からの利用可能な熱回収がこの初期温度を提供できるため、最初は180℃です。混合フィードは、120バールの蒸気を使用して180℃から300℃まで加熱されることがあります。なぜなら、飽和蒸気の温度は324℃だからです。TLEから除去された314MWのうちの244MWを構成する残りの蒸気は、下流の加熱負荷163MWおよび33MWの機械作業に供給されます（つまり、次のように計算されます:(244MW-163MW)を0.41倍すると、33MWになります）。残りの118MWの作業は、124MWの電力で供給されます（つまり、次のように計算されます:118を0.95で割ると、124MWになります）。この比較例2(a)では、直接のフィード-反応生成物間の熱交換はありません。フィードは、300℃から650℃まで電気で加熱され、クラッキング反応は電気加熱によって促進されます。この比較例では、反応に加えて予熱に682MWの電力が必要であり、したがって、この比較例での合計電力使用量は806MWになります。

【0068】

例2(b)は、開示の実施形態に基づく例であり、混合フィードは、開示の実施形態に基づく熱エネルギー組立を使用して、フィード-反応生成物間の熱交換によって450℃まで予熱されます。クラックガスの残りの冷却は蒸気発生によって達成され、145MWが回収され、これは下流の加熱に18MW以外のすべてのエネルギーを提供することができます。すべての機械作業は電気で行われ、この例では159MWの電力が必要です。フィードは、450℃から650℃まで電気で加熱され、クラッキング反応は電気加熱によって促進されます。この例での炉加熱に加えてフィードに必要な合計電力は583MWであり、結果として合計電力使用量は760MWになります。

【0069】

例2(c)では、開示の実施形態に基づくさらなる例として、混合フィードは、開示の実施形態に基づく熱エネルギー回収組立を使用して、比較的高い温度の550℃まで加熱される可能性があります。熱エネルギー回収組立からフィードへの熱の転送量が増加すると、蒸気発生量が減少します。

【0070】

そして、フィードおよびクラッキング反応に必要な電力量も減少します。例2(c)では、フィードは550℃から650℃まで電気で加熱され、クラッキング反応は電気加熱によって促進されます。この例では、72MWの蒸気が生成され、これは下流の一部の加熱に供給される可能性があります。すべての機械作業は電気で行われます。この例での炉加熱に加えてフィードに必要な合計電力は511MWであり、結果として合計電力使用量は760MWになります。

【0071】

例2(d)では、開示の実施形態に基づく別の例として、フィードの予熱が650°Cに増加し、蒸気発生がなくなります。このフィードと目標の予熱条件におけるエンタルピーのバランスポイントを示すために、ホット側の目標温度を400℃から392℃にわずかに調整します。例2(d)では、炉で433MWの電力が必要です。蒸気は生成されないため、下流の加熱に163MWの電力が必要であり、機械作業には159MWの電力が必要です。その結果、合計の電力消費量は755MWになります。

【0072】

例2(e)では、開示の実施形態に基づくさらなる例として、蒸気発生は混合フィードを300℃まで予熱するためにのみ使用されます。残りの予熱は、開示の実施形態に基づく管内管交換器を使用して達成されます。蒸気の輸出はありません。炉での合計電気加熱量は433MWであり、これは例2(d)と同じです。そして、比較例（すなわち、例2(a)）よりも250MW少なくなります。例2(e)では、下流の加熱に163MWの電力が必要であり、機械作業には159MWの電力が必要です。その結果、合計の電力消費量は755MWになります。これは、比較例（つまり、例2(a)）よりも51MW少なくなります。

【0073】

例2(a)から2(e)までの熱および電力使用の要約を、以下の表Bに示します。比較例である例2(a)と、開示の実施形態に基づく例である例2(b)から2(e)を比較すると、開示の実施形態に基づく熱エネルギー回収組立を使用してフィードを少なくとも450°Cに予熱した場合、クラッキングプロセスを運転するために必要な総電力量が減少することが示されます。これは、開示の実施形態に一貫している熱エネルギー回収組立が、十分な高温予熱が達成された場合に、高い効率を促進できることを示しています。例2(b)から2(e)の間で、電力要件は基本的に同じままであり、開示の実施形態に一貫した熱エネルギー回収組立は、最低限の予熱が達成される限り、効率を損なうことなく柔軟に使用できることを示しています。

【0074】

【表2】

表B
例3(a)から3(e)
例3(a)から3(e)は、上記の例2(a)から2(e)と類似していますが、熱交換の順序が、熱いクラックガスの冷却ストリームで逆になっています。蒸気発生は冷却の最初の部分に使用され、フィード-反応ガスの熱交換は2次冷却に使用されます。以下に、例3(a)から3(e)の結果の要約が表Cに示されています。例2(a)から2(e)と同様に、結果は、開示の実施形態に一貫した熱エネルギー回収組立の使用によって、クラッキングプロセスによって消費される総電力が減少する可能性があることを示しています。

【0075】

【表3】

表C
また、表Bと表Cの結果の比較により、蒸気生成と開示の実施形態に一貫した熱エネルギー回収組立の使用を組み合わせた異なるシーケンスを用いて、広範囲の条件下で同等の電力消費が達成される可能性があることが示されます。

【0076】

本開示のいくつかの具体的な実施形態を説明しましたが、これはあくまで例示的であり、制限されるものではなく、単なる例示にすぎないことを本開示の専門家には明らかであるべきです。多くの修正や他の実施形態は、技術者の一般的な知識範囲内にあり、開示の範囲内に含まれると考えられます。特に、ここで提示された例の多くは、特定の方法行為やシステム要素の組み合わせに関わるものですが、これらの行為と要素は、同じ目的を達成するために他の方法で組み合わせることができることを理解する必要があります。技術者は、本明細書に記載されたパラメータや構成が示例的であることを理解すべきであり、実際のパラメータや構成は、本開示のシステムや技術が使用される具体的なアプリケーションによって異なることを認識すべきです。当該技術に熟達した者は、日常的な実験のみを用いて、本開示の具体的な実施形態と同等のものを認識または把握できるはずです。したがって、ここで説明された実施形態は、単なる例示を目的として提示されたものであることを理解していただきたい。そして、添付されるいかなる追加の特許請求およびそれに類するものの範囲内で、本開示の実施形態は、特に記載された内容とは異なる方法で行われる可能性があることを理解していただきたい。

【0077】

さらに、本開示の範囲は、上記および上記に記載された実施形態に関する様々な修正、組み合わせ、追加、変更などを含むものと解釈されるべきであり、これらは本開示の範囲内に含まれるものとみなされます。したがって、ここで議論されたさまざまな特徴や特性は、選択的に交換され、他の図示されたおよび非図示の実施形態に適用される可能性があり、さらに多くの変形、修正、および追加が行われる可能性があります。それにもかかわらず、これらは添付された請求項に記載された本開示の精神と範囲から逸脱することなく行われることになります。

【0078】

熱エネルギー回収組立Ａの例は、高温の反応炉流出物から熱エネルギーを回収して、電動反応炉への供給物を加熱するためのものである。これは、電動反応炉からの高温の反応炉流出物を受け取るように構成された第１の入口を有する内管と、内管の周囲に配置されて内管の周囲の環を取り囲む外管とを含むことができる。アニュラスには、電気駆動の反応炉へのフィードを受け取るための第二の入口が設けられ、アニュラスは電気駆動の反応炉へのフィードを冷却媒体として使用し、フィードが電気駆動の反応炉に供給される前に、熱反応排出物から熱エネルギーを回収するように構成されることができます。アニュラスは、熱反応排出物からフィードへの熱伝達を促進するように構成されることがあります。

【0079】

いくつかの実施形態では、熱反応器排出物はガス入口室またはその他のコネクタを介して第1入口に到達する場合があります。いくつかの実施形態では、冷却はガス入口チャンバーや他のコネクターに供給される場合があります。いくつかの実施形態では、ガスチャンバーは1つ以上のクラッキングコイルを1つ以上の内管に接続することがあります。いくつかの実施形態では、フィードを複数の空隙に接続するためにヘッダーが提供されることがあります。いくつかの実施形態では、複数のインナーチューブからの冷却されたクラックガスをヘッダーを使用して収集することがあります。いくつかの実施形態では、複数のアニュラスからの加熱フィードをヘッダーを介して組み合わせることができる。いくつかの実施形態では、複数のアニュラスが単一の機械装置に含まれていることがあります。この機械装置は、ガスインレットチャンバーや他のコネクターを介して複数のクラッキングコイルからの熱処理水を受け取り、フィードヘッダーから冷たいフィードを受け取ることができます。

【0080】

上記の例の組立Aでは、外管に熱伝達向上装置が含まれており、内管からアニュラスへの熱伝達を向上させるために使用されます。

【0081】

上記の例の組立Aでは、外側のチューブに第1段階が含まれており、熱伝達向上装置がプレート衝撃装置、ピッコロ衝撃装置、乱流促進、または表面積の増加のいずれか1つ以上を含んでいます。

【0082】

上記の組立Aの例では、衝撃装置による伝熱増強は、例えばアニュラスに導入された幾何学的特徴を利用して、入口から出口に進む際の流体の平均方向が実質的に内管と平行である可能性がある外管を通過する流体の流れを意図的に内管に向かって流れるように指示することを指す場合がある。いくつかの実施形態では、この方向性のある（衝撃的な）流れは、例えば、内管に対して垂直であるか、内管の軸に対して30度より大きい角度で内管に向けられる可能性があります。同時に、その速度は外管の流体の表面速度よりも比較的大きい可能性があります（例えば、外管の流体の体積流量を内側と外側のチューブ間の環状断面積で割ったもの）。いくつかの実施形態では、衝突を促進する幾何学的特徴は、例えば、内管に向けて配置されたノズルや/または開口部、および/または流れ経路に配置された障害物を含むことがあります。これらの障害物は、より内管に対してより平行な方向から流体をより直接的に内管の外表面に向ける方向に流れを転換する可能性があります。これらの例の特徴は、周期的な形で実装されることがあります。たとえば、内管の長さまたは円周に沿って間隔を置いて発生する衝突ゾーンが生じる可能性があります。申請者は、このような衝撃特性の導入が、外管を通る平行流によって達成される速度に比べて、熱伝達速度を増加させることを発見しました。さらに、申請者は、適切な熱伝達増強レベルにおいて、衝突流の速度と表面速度の比率が2より大きい、5より大きい、または10より大きいことを発見しました。衝突流の速度は、ノズルや開口部の場合、ノズルや開口部によって定義される総流路面積で割った容積流によって近似される可能性があります。加えて、熱伝達向上装置は、衝撃装置誘導特性（たとえば、ノズルや開口部54の間）との距離が、ノズルや開口部54の直径から約1倍から約12倍の直径、または約1倍から約10倍の直径、または約2倍の直径から約8倍の直径の間である場合に、より適していることがわかるかもしれません。衝撃装置機能の例には、プレート衝撃装置またはピッコロ衝撃装置が含まれます。

【0083】

上記組立Ａの例では、外管が上流端と下流端との間に配置されたプレート衝撃装置を含む。プレート衝突装置は、上流端にステージ入口を有し、下流端で流れが閉じられる第1のチャネルを含むことがあります。また、プレート衝突装置には、下流端にステージ出口を有する第2のチャネルも含まれる場合があります。第2のチャネルは、第1のチャネルと内管の間に配置される場合があります。プレート衝撃装置には、第1のチャネルと第2のチャネルを区切る壁がさらに含まれる場合があります。壁は、第1チャネルと第2チャネルを流動的に接続するための開口部を定義する場合があります。プレート衝突装置は、ステージ入口を介してフィードを受け取り、壁の開口部を介してフィードを第一チャネルから第二チャネルに流し、内管の外表面に衝突させ、第二チャネルのステージ出口からフィードを排出するように構成される可能性があります。

【0084】

上記の組立Aの例では、外管にピッコロ衝突装置が含まれています。ピッコロ衝突装置には、内管の周りおよび外管内部に配置された上流の仕切り、およびアニュラス内の上流の仕切りよりも下流に配置された内管の周りおよび外管内部に配置された下流の仕切りが含まれる可能性があります。ダウンストリームディバイダは、少なくとも1つのステージアウトレットを定義することができます。ピッコロ衝突装置には、上流の仕切りと下流の仕切りの間に外管内部および内管の周りに定義されたチャンバー、および内管に対して平行または角度を持つピッコロチューブが含まれる可能性があります。これらのピッコロチューブは、直線状、曲線状、または屈曲状であるか、内管からオフセットされている可能性があります。ピッコロチューブは、上流の仕切りから下流の仕切りまでの間でチャンバーを通って延びる可能性があります。ピッコロチューブには、流入フィードを受け取るためのステージ入口と、複数の開口部が定義されており、これらの開口部は内部を外側に向けて配置されている場合があります。ピッコロ衝突装置は、ステージ入口からフィードを受け取り、複数の開口部を介してピッコロチューブからフィードをチャンバーに流し込み、流れを内側のチューブの外表面に衝突させ、そして少なくとも1つのステージ出口からチャンバーからフィードを排出するように構成されている可能性があります。

【0085】

上記の例示された組立Aでは、少なくとも1つのステージが第1ステージと第2ステージを含み、以下の1つ以上が含まれる場合があります。

【0086】

（1）第1ステージの内側チューブは第1出口を有し、熱反応器排出物を第1入口から第1出口に流すように構成されており、第1ステージの外側チューブは第2出口を有し、フィードを第2入口から第2出口に流すように構成されています。そして、第1ステージの第2入口は第1ステージの第1出口に隣接し、第1ステージの第2出口は第1ステージの第1入口に隣接しています。（2）第2ステージには、少なくとも1つの熱伝達向上装置が含まれており、これにはプレート衝撃装置、ピッコロ衝突装置、乱流促進、または表面積の増加などが含まれます。第2ステージは第1ステージと直列に配置されています。

【0087】

（3）第2ステージには、第1入口と第1出口を有する内側チューブが含まれており、反応器排出物を第2ステージの第1入口から第2ステージの第1出口に流すように構成されています。外側チューブは第2入口と第2出口を有し、フィードを第2ステージの第2入口から第2ステージの第2出口に流すように構成されています。そして、第2ステージの第2入口は第2ステージの第1入口に隣接し、第2ステージの第2出口は第2ステージの第1出口に隣接しています。

上記の組立Aの例では、第1ステージの熱伝達向上部分には、第1直径を有する第1の衝撃孔が含まれ、第2ステージの熱伝達向上部分には、第2直径を有する第2の衝撃孔が含まれ、第2の直径は第1の直径と異なる場合があります。

【0088】

上記の組立Aの例では、内管に熱伝達向上部品が含まれている場合があります。

【0089】

上記の例の組立Aでは、内管は第1出口を有し、第1入口から第1出口に熱反応器排出物を流すように構成されており、が外管は第2出口を有し、第2入口から第2出口にフィードを流すように構成されています。そして、以下のいずれかの条件が成り立ちます：第2入口は第1出口に隣接し、第2出口は第1入口に隣接しているか、第1入口は第2入口に隣接し、第1出口は第2出口に隣接しています。

【0090】

熱エネルギー回収組立Aの例では、複数の内管が互いに平行に配置され、それぞれの内管は外管内に廃棄され、各外管は、内管から外管内に定義されたアニュラスへの熱伝達を高めるために、少なくとも1つ以上のプレート衝撃装置、ピッコロ衝撃装置、または乱流促進を有する。いくつかの実施形態において、熱エネルギー回収組立は、互いに平行に配置された複数の内部チューブを含み、各内部チューブが外部チューブの内部に配置されています。そして、外部チューブと任意の場合には内部チューブが、外部チューブ内に定義されたアニュラスへの熱伝達を向上させるための1つ以上の熱伝達増強を有しています。

【0091】

上記の組立Aでは、熱エネルギー回収組立が設定され、例えば、熱反応器排出物を少なくとも2.5度ケルビン/ミリ秒、少なくとも3.5度ケルビン/ミリ秒、少なくとも4.5度ケルビン/ミリ秒、少なくとも5度ケルビン/ミリ秒、または少なくとも5.5度ケルビン/ミリ秒の速度で冷却するように構成されます。例えば、冷却率は、熱反応器流出物の入口温度（ケルビン単位）から923Kを引いた値を、熱反応器排出物の温度が923Kに冷却されるまでの所要の滞留時間で割ったものと定義されます。ただし、熱反応器排出物の入口温度（ケルビン単位）が923K未満であるか、冷却された反応器排出物の温度が923Kを超える場合、冷却率は、熱反応器流出物の入口温度（ケルビン単位）から熱エネルギー回収組立体を出る際の冷却された反応器排出物の温度を引いた値を、組立体内での排出物の滞留時間で割ったものと定義されます。いくつかの実施形態では、熱エネルギー回収組立は、熱エネルギー回収組立を通過する熱反応器排出物の圧力降下が0.35バール未満、0.30バール未満、0.25バール未満、または0.20バール未満であるように構成されている場合があります。さらに、熱反応器排出物が熱エネルギー回収組立体内に滞留する時間が100ミリ秒未満、95ミリ秒未満、90ミリ秒未満、85ミリ秒未満、83ミリ秒未満、または80ミリ秒未満であるように構成されている場合があります。また、熱エネルギー回収組立を通過するフィードの圧力降下が15バール未満、12バール未満、10バール未満、8バール未満、または6バール未満であるように構成されている場合もあります。

【0092】

上記の例の組立Aでは、熱エネルギー回収組立がフィードを350℃、375℃、400℃、425℃、450℃、475℃、500℃、525℃、550℃、575℃、600℃、625℃、650℃まで予熱するように構成されている。

【0093】

上記の例の組立Aでは、熱反応器排出物が熱エネルギー回収組立に575℃を超える温度で入る場合があります。(600℃、610℃、620℃、630℃、640℃、650℃を超える場合もあります。)
フィードを加熱して熱反応器排出物を提供するための炉組立体には、上記の例の熱エネルギー回収組立Aが含まれ、さらに、エタン、プロパン、ブタン、コンデンセート、軽質ナフサ、重質ナフサ、ガソイル、ピロリシス油、製油所の流れの加工から得られる材料、フィッシャー・トロプシュ製品、プラスチック廃棄物、またはバイオ原料のいずれかの熱分解温度までのフィードを加熱するように構成された電気式の反応炉を含むことがあります。

【0094】

オレフィンを生成するための方法Bには、炭化水素フィードを熱エネルギー回収組立の外管に供給し、熱エネルギー回収組立の外管で炭化水素フィードを加熱して、予熱された炭化水素フィードを出力する工程が含まれる場合があります。例の方法Bには、加熱された炭化水素フィードを加熱された炭化水素フィードを加熱するための反応ゾーンを含む電気加熱分解炉に供給し、そして反応ゾーンで加熱された炭化水素フィードを分解して、分解された炭化水素とオレフィンを含む熱反応器排出物を出力することも含まれる場合があります。例の方法Bには、熱反応器排出物を熱エネルギー回収組立の内管に供給し、さらに別の炭化水素フィードを熱エネルギー回収組立の外管に供給することも含まれる場合があります。例の方法Bには、熱エネルギー回収組立を介して熱反応器排出物から追加の炭化水素フィードへ熱を移動させて追加の炭化水素フィードを加熱することも含まれる場合があります。

【0095】

上記の例示された方法Bにおいて、以下のいずれか1つ以上の場合：(1)熱エネルギー回収組立の内側チューブへの熱反応器排出物の供給が、追加の炭化水素フィードへの熱伝達を介して熱反応器排出物をクエンチングすることを含む場合。または
(2)熱エネルギー回収組立の外側チューブでの炭化水素フィードの加熱が、熱反応器排出物からの炭化水素フィードへの熱伝達によって炭化水素フィードを予熱することを含む場合。前記方法Ｂの例では、さらに、外管又は内管の１つ以上に伝熱増強を提供することにより、追加の炭化水素フィードへの伝熱増強、プレート衝撃装置、ピッコロ衝撃装置又は乱流促進の１つ以上を含む伝熱増強を含む。

【0096】

上記の例の方法Bでは、熱反応器からの熱効率の高い出口ガスを熱エネルギー回収組立の内管に供給することが含まれます。この供給は、少なくとも350°C、375°C、400°C、425°C、450°C、475°C、500°C、525°C、550°C、575°C、600°C、625°C、650°Cで行われる場合があります。

【0097】

熱エネルギー回収組立の外筒内の炭化水素フィードを加熱して予熱された炭化水素フィードを出力する上記方法Bの例は、炭化水素フィードを少なくとも350℃、375℃、400℃、425℃、450℃、475℃、500℃、525℃、550℃、575℃、600℃、625℃、または650℃のいずれかの温度に加熱することからなります。

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3A】

【図3B】

【図4A】

【図4B】

【図5】

【手続補正書】

【提出日】2024-02-28

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

炭化水素供給物を熱エネルギー回収組立体の外管に供給し、
前記熱エネルギー回収組立体の前記外管において前記炭化水素供給物を加熱して、予熱された炭化水素供給物を出力し、
前記予熱された炭化水素供給物を反応ゾーンを含む電気加熱分解炉に供給して、前記余熱された炭化水素供給物を加熱し、
電気によって生成された熱を使用して前記電気加熱分解炉の前記反応ゾーンにおいて前記予熱された炭化水素供給物を分解して、分解された炭化水素およびオレフィンを含む熱反応器排出物を出力し、
前記熱反応器排出物を前記熱エネルギー回収組立体の内管に供給し、
前記炭化水素供給物へ熱を伝達させることによって、熱反応器排出物を前記熱エネルギー回収装置の前記内管において冷却する、
ことを含むオレフィンを製造する方法。

【請求項2】

前記熱エネルギー回収組立体の前記外管に、前記炭化水素供給物とは異なる追加の供給物を供給し、
前記熱エネルギー回収組立体を介して前記熱反応器排出物から前記追加の供給物へ熱を伝達することによって、前記追加の供給物を加熱する、
ことをさらに含む請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記熱エネルギー回収組立体の前記外管から部分的に予熱された炭化水素供給物を取り出し、
前記部分的に予熱された炭化水素供給物を前記熱エネルギー回収組立体に供給し、
前記熱エネルギー回収組立体を介して前記熱反応器排出物から熱を移動させることによって、前記部分的に予熱された炭化水素供給物をさらに加熱して、前記予熱された炭化水素供給物を出力する、ことをさらに含む請求項１または２に記載の方法。

【請求項4】

前記熱反応器排出物を2.5ケルビン／ミリ秒よりも大きい速度で冷却する、ことをさらに含む請求項１または２に記載の方法。

【請求項5】

前記熱反応器排出物が前記熱エネルギー回収組立体を通過する際の圧力降下が、0.35バール未満である、請求項１または２に記載の方法。

【請求項6】

前記熱反応器排出物が前記熱エネルギー回収組立体の内に滞留する時間が、100ミリ秒未満である請求項１または２に記載の方法。

【請求項7】

前記炭化水素供給物が前記熱エネルギー回収組立体を通過する際の圧力降下が、2から15バールの範囲内である、請求項１または２に記載の方法。

【請求項8】

外管と内管とを含み、
炭化水素供給物が電気加熱分解炉に供給され、該電気加熱分解炉は反応ゾーンを備えており、該反応ゾーンで炭化水素供給物が加熱され、
前記内管は、第一の入口を備えており、該第一の入口は前記電気加熱分解炉からの熱反応排出物を受け取るように構成されており、
前記外管は、前記内管を取り囲むように配置され、内管の周囲にアニュラスを形成し、該アニュラスは前記炭化水素供給物を受け取るように構成された第二の入口を含む、熱エネルギー回収組立体。

【請求項9】

前記アニュラスは、前記内管から前記アニュラスへの熱伝達を促進するための少なくとも1つの熱伝達増強部を含む、請求項８に記載の熱エネルギー回収組立体。

【請求項10】

前記アニュラスは第1段を含み、前記少なくとも1つの熱伝達増強部は衝突部、乱流促進部、高せん断誘発ジオメトリ部、または表面積の増加部の1つ以上を含む、請求項９に記載の熱エネルギー回収組立体。

【請求項11】

前記アニュラスは、上流端と下流端の間にプレート衝突部を含み、
前記プレート衝突部は、
上流端に段入口を有し、下流端での流れを閉じる第1のチャネルと、
下流端に段出口を有し、前記第1のチャネルと前記内管の間に配置される第2のチャネルと、
前記第１のチャネルを前記第２のチャネルから分離し、前記第1のチャネルと前記第2のチャネルを流体的に接続する開口を定義する壁と、を含み、
前記プレート衝突部は、前記段入口を介して前記炭化水素供給物を受け取り、前記壁の前記開口を介して前記第1のチャネルから前記第2のチャネルに前記炭化水素供給物を流し、前記炭化水素供給物の流れを内管の外表面に衝突させ、前記第2のチャネルの前記段出口から前記炭化水素供給物を排出するように構成されている、請求項１０に記載の熱エネルギー回収組立体。

【請求項12】

前記アニュラスはピッコロ衝突部を含み、前記ピッコロ衝突部は、
前記内管の周囲かつ前記外管の内に配置された上流側の仕切りと、
前記内管の周囲かつ前記外管の内に、前記アニュラスの内の前記上流側の仕切りよりも下流側に配置された下流側の仕切りであり、前記下流側の仕切りは少なくとも1つの段出口を定義する下流側の仕切りと、
前記外管の内かつ前記内側の周囲に、前記上流側の仕切りと前記下流側の仕切りとの間に定義されたチャンバと、を含み
前記内管からずれたピッコロチューブであり、前記ピッコロチューブは、前記上流側の仕切りから前記下流側の仕切りまで前記室を通って延び、前記ピッコロチューブは前記炭化水素供給物を受け取るための段入口を含み、前記ピッコロチューブは、前記ピッコロチューブに定義されている複数の開口部を含み、前記ピッコロ衝突部は、前記段入口から前記炭化水素供給物を受け取り、前記複数の開口部を介して前記ピッコロチューブから前記炭化水素供給物を前記チャンバ内に流し込み、前記少なくとも1つの段出口を介して前記チャンバから前記炭化水素供給物を排出するように構成されている、請求項１０に記載の熱エネルギー回収組立体。

【請求項13】

前記アニュラスは少なくとも第1段と第2段を含み、前記第1段と前記第2段が直列に配置され、両段ともそれぞれ少なくとも1つの熱伝達増強部を含む、請求項１０に記載の熱エネルギー回収組立体。

【請求項14】

前記内管が乱流促進部、高シア誘発ジオメトリ部、または表面積の増加部のいずれかを含む熱伝達増強部を備えている、請求項８～１３の何れか１項に記載の熱エネルギー回収組立体。

【請求項15】

互いに平行に配置された複数の前記内管を備え、複数の前記外管を備え、各内管は各外管内に配置され、各外管は、前記内管から前記外管内に定義された前記アニュラスへの熱伝達を増強するための衝突部、乱流促進部、高せん断誘起ジオメトリ部、または表面積の増加部の１つ以上を有する、請求項９～１３の何れか１項に記載の熱エネルギー回収組立体。

【国際調査報告】