烃加工设施中的热整合制造技术

提供了一种通过重新安排烃加工和/或生产设施内的热能分布来提高该设施中的能源效率和减少温室气体排放的方法，所述设施包括具有至少一个装置(202)的裂化单元(100A)，用于在稀释介质的存在下裂化含烃进料(1)，其中离开设备的裂化气态流出物在产生高压蒸气的同时在传输管线交换器(TLE)(301)中立即冷却，在该方法中，在布置TLE下游的热回收单元(HRU)中进行以下任何一项：加热和/或气化含烃进料和/或稀释介质，加热和/或气化锅炉给水，以及过加热在TLE单元中产生的高压蒸气，该方法包括给烃加工和/或生产设施供应电力。加工和/或生产设施供应电力。加工和/或生产设施供应电力。

Thermal integration in hydrocarbon processing facilities

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】烃加工设施中的热整合


[0001]本专利技术涉及用于烃加工中的热整合的系统和方法。特别地，本专利技术涉及用于通过重新安排碳氢化合物生产设施内的热分布路径和/或通过利用可再生能源来优化能源效率和减少碳氢化合物生产设施中的温室气体排放的工具和方法。

技术介绍

[0002]在许多能源相关应用中，热整合对于提高能源效率和降低运营成本至关重要。能源效率可以定义为能源消耗或相关排放的输入与能源中介服务输出之间的比率。提高能源密集型石油精炼的能源效率可以减少对化石燃料等不可再生资源的使用以及相关的环境影响。
[0003]低分子烯烃，如乙烯、丙烯、丁烯和丁二烯，是石化工业的主要组成部分，是塑料、聚合物、弹性体、橡胶、泡沫、溶剂和化学中间体商业生产的基本组成部分，如以及纤维，包括碳纤维和涂层。低级烯烃的生产主要基于各种烃原料与蒸气的热裂化。该方法通常称为蒸气裂化。典型的原料包括中等重量的碳氢化合物，如石脑油和瓦斯油，以及轻质原料，如液化石油气(LPG)，包括丙烷和丁烷，以及液化天然气(NGL)，包括乙烷、丙烷和丁烷。
[0004]在乙烯装置中，裂化炉消耗的能源最多；因此，它们的热效率是运营经济性的主要因素。根据原料、燃料硫含量、燃烧控制和对流段类型，可以获得92
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95％净热值(NHV)的整体燃料效率(Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry，2012年6月Ethylene，第465
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529页)。
[0005]传统的蒸气裂化炉由两个主要段组成：对流段和辐射段。离开辐射火室段的烟道气携带的热量在炉的对流段回收。因此，所述烟道气以在1000
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1250℃范围内的温度进入对流段，并以通常在120
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140℃范围内的温度离开。烟道气烟囱温度(在出口处)越低，炉效率越好。
[0006]通常，对流段由一系列管库组成，这些管库具有多种功能，例如：预热进料碳氢化合物(HC预热)；预热锅炉给水(BFW)；预热烃和稀释蒸气；过加热高压蒸气；过加热稀释蒸气；以及在所述混合物进入辐射段之前使含烃进料混合物(含烃进料和稀释蒸气)过热。对流段中库的数量和布置通常是这样的，以便优化从烟道气中回收废热并为辐射段提供足够的进料混合物温度。所述库通常是成堆排列的，占裂化炉的比较大的尺寸。
[0007]以气相或作为液体提供的含烃原料因此进入对流段，在对流段中它通常通过与烟道气的热交换或通过与在单独的排中过热的稀释蒸气接触而被(预)加热和气化。炉通常设计成使(预热的)含烃进料与过热稀释蒸气混合使进料完全气化，然后含有气相烃进料和稀释蒸气的工艺流进入第一烃和稀释蒸气预热库。在第二烃和稀释蒸气预热库中，工艺流被加热到刚好低于原料的起始裂化温度的温度。
[0008]将含烃进料从进入对流段的温度(液体进料约为50至110℃)加热到辐射盘管输入所需的温度(500至700℃，取决于原料)是需要能量的。气体进料达到该温度所需的能量输入是加热气相所需的能量，而液体进料的能量输入等于加热能量和气化热。
[0009]然后该流进入辐射段，最典型的是辐射盘管，所述辐射段被配置为裂化反应器，在裂化反应器中裂化反应在受控条件下发生。辐射段入口处的流参数必须满足预定条件，如温度、压力和流速。发生高吸热反应的传统裂化条件包括约0.1
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0.5秒的停留时间；温度在约750
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900℃内)；以及受控分压。辐射段火室(一种围绕辐射盘管并包括燃烧器的结构)内的温度通常在1000
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1250℃之间。
[0010]包含目标产物(例如目标烯烃)的裂化流出物离开热解炉以进行进一步淬火和下游分馏。
[0011]离开辐射盘管的产物需要快速冷却，以防止发生不希望的二次反应。在大多数商业蒸气裂化单元/炉中，淬火是在传输管线交换器(TLE)中进行的，它根据锅炉给水冷却裂化流出物，并以有价值的高压蒸气的形式回收热量。商业解决方案包括一个或两个串联连接的交换器(TLE)。TLE旨在将裂化流出气瞬间冷却至约550
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650℃，以防止高反应性产物降解。为了提高热回收率，流出物被进一步冷却；因此，它离开TLE的温度约为300
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450℃。在乙烷和丙烷裂化中，裂化气可以在单独的热交换器中进一步冷却至约200℃，以在较低温度下回收热量。例如，对于石脑油等液体原料，TLE的典型最低出口温度约为360℃，以避免较重的产物冷凝和交换管结垢。两个TLE换热器通常连接到同一个汽鼓。
[0012]锅炉给水在进入汽鼓之前在BFW省煤器库中进行预热，然后BFW从汽鼓进入TLE。在传统的蒸气裂化炉中，垂直TLE单元安装在炉的辐射段的顶部。这种类型的TLE在产生高压蒸气时允许回收约29％的热量。
[0013]TLE单元产生的高压蒸气在对流段的高压蒸气过热库中进一步过热，产生高压过热蒸气，用于汽轮机，如冷凝和/或背压式蒸气轮机，例如，用于压缩机或泵驱动器中或用于烯烃生产装置内的加热目的。过量的高压蒸气也可能被导出。
[0014]可以进一步优化蒸气压力水平，以便允许将蒸气用于加热目的。高压蒸气通常用于驱动压缩机和泵，而中低压蒸气(高于或低于约2MPa)可用于相应的稀释蒸气产生和工艺加热。
[0015]然而，特别适用于蒸气裂化的传统炉解决方案存在许多缺点。
[0016]起初，通过裂化炉中的蒸气裂化工艺生产烯烃是一项成熟的技术，在过去50年中一直是行业标准。这些炉是非常大型、复杂的装置，投资成本很高。另外，上述传统裂化炉的优化主要是为了确定炉内辐射段(反应段)中热解反应的最佳条件。传统裂化器的进一步经济优化导致裂化炉尺寸的增加。目前，不存在通过减小炉尺寸来减少排放的有效方法。
[0017]辐射段决定了裂化炉的性能(产率和焦化率)。在过去的几十年中，优化热解反应器的操作条件和盘管设计一直是广泛研究的主题。
[0018]此外，由于许多相互矛盾的优化目标，尤其包括辐射段加热、辐射段入口温度、高压蒸气过热设备/设施、能源效率和减排，传统裂化炉的优化受到了阻碍。
[0019]输入到辐射段的热量(例如，作为燃料的燃烧热提供)定义了要在对流段中回收的热量。为了获得高热(能量)效率，需要相当复杂的裂化炉，其包括多个加热库。因此，在传统的裂化炉中，二氧化碳排放量的减少受到很大阻碍，甚至是不可能的。提供多个管库使裂化炉的尺寸相对较大(因此就高度和占地面积以及高投资而言)。
[0020]此外，由于反应热输入由裂化条件决定，烟道气携带的热量必须在对流段中回收。然而，只有有限数量的散热器可用于回收传统裂化炉中辐射段释放的热量。为了获得高热
效率，在对流段通过预热锅炉给水、过热稀释蒸气、过热高压蒸气和/或预热助燃空气来节省能量。其他散热器由热损失(壁损失和烟囱热损失)形成。
[0021]由于TLE单元的结垢，裂化气出口温度趋于升高，从而从裂化气中回收用于蒸气生产的热本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种在烃加工和/或生产设施(500)中通过重新安排所述设施内的热能分布来提高能源效率和减少温室气体排放的方法，所述设施包括具有至少一个设备(202)的裂化单元(100)，用于在稀释介质的存在下裂化含烃进料，其中离开所述设备的裂化气态流出物在产生高压蒸气的同时在传输管线交换器(TLE)(301)中冷却，其中，在所述方法中，在布置在TLE单元下游的热回收单元(HRU)(302)中进行以下任何一项：加热和/或气化所述含烃进料和/或所述稀释介质，加热和/或气化锅炉给水，以及过加热所述TLE单元(301)中产生的高压蒸气，并且其中，所述方法包括向所述烃加工和/或生产设施供应电力。2.根据权利要求1所述的方法，其中，向裂化设备(202)的驱动发动机(201)供应电力。3.根据权利要求1或2中任一项所述的方法，其中，将电力供应到裂化设备(202)。4.根据权利要求3所述的方法，其中，通过感应或电阻转移方法、等离子体工艺、通过导电加热元件加热或它们的组合中的任何一种来供应电力。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，将电力供应给布置在所述裂化单元(100)下游的装置或装置组。6.根据权利要求5所述的方法，其中，将电力供应到适用于进行加热、泵送、压缩和分馏中的任何一种或它们的组合的装置或装置组中。7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，从与所述烃加工和/或生产设施(500)有关的一个或多个外部来源供应电力。8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述外部来源是可再生能源或不同可再生能源的组合。9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述外部电源是以下任何一种：光伏发电系统、风力发电系统、水力发电系统或它们的组合。10.根据前述权利要求1
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8中任一项所述的方法，其中，所述外部电源是核电站。11.根据前述权利要求1
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7中任一项所述的方法，其中，所述外部电源是以下任何一种：动力涡轮机，例如至少一个燃气轮机和/或蒸气轮机，火花点火发动机，例如至少一台燃气发动机、压缩发动机，例如至少一台柴油发动机、配置成从化石原材料产生电能的发电厂，以及它们的任何组合。12.根据前述权利要求1
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7中任一项所述的方法，其中，所述外部电源是产生蒸气和电的联合循环发电设施和/或热电联产设施。13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在所述烃加工和/或生产设施(500)中产生电力。14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述热回收单元(302)是热交换器，任选地配置为次级传输管线交换器。15.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，用于裂化所述含烃进料的设备是适于热和/或热化学烃降解反应例如热解反应的反应器，任选地由稀释介质例如稀释蒸气辅助。16.根据前...

【专利技术属性】
技术研发人员：韦利，
申请(专利权)人：酷布鲁克公司，
类型：发明
国别省市：