使用CO2回路的热解气体产物的压缩制造技术

提供了用于生产包含轻质烯烃如乙烯的经压缩工艺气体的方法、系统和设备。所述方法利用热解反应器来生产工艺气体。发电机使用基于Allam循环工作的涡轮机来产生用于操作工艺气体的加工中涉及的一个或多个压缩机的轴功率，同时产生减少量或最少量的作为低压气相产物释放的CO2。使用轴功率加工工艺气体的实例可以包括通过由所产生的轴功率提供功率的工艺气体压缩机压缩工艺气体，以及使用由所产生的轴功率提供功率的制冷压缩机冷却所述工艺气体。体。体。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用CO2回路的热解气体产物的压缩
[0001]优先权
[0002]本申请要求于2019年12月30日提交的美国临时申请号62/954,775和于2020年4月6日提交的欧洲专利申请号20168288.7的优先权和利益，它们的公开内容通过引用整体引入本文。


[0003]本专利技术涉及使用发电机中产生的轴功率的热解产物压缩，同时减少或最小化例如CO2的废气排放。本专利技术还涉及用于进行热解、发电和压缩的方法、系统和设备。

技术介绍

[0004]烯属化合物是一类烃化合物，其在两个碳原子之间具有至少一个含四个共享电子的双键。部分地由于它们用作生产所需产物的进料，烯烃需求持续增长，特别是对于轻质烯烃如乙烯、丙烯和丁烯。
[0005]轻质烯烃通常在包括生产和回收设施的烯烃装置(例如乙烯装置)中制造。在某些常规烯烃装置中，烯烃生产设施包括用于蒸汽裂化含烃进料的一个或多个蒸汽裂化炉。蒸汽裂化炉一般包括对流段和辐射段。辐射段包括通常称为"辐射管"的多个管状构件。辐射管位于辐射段中的一个或多个燃烧加热器(例如燃烧器)附近，其加热炉管的外表面。热燃烧气体离开辐射段并被引入对流段中。对流段还包括管状构件，通常称为"对流管"。来自辐射段的热气体加热对流管的外表面，然后离开对流段。
[0006]常规的蒸汽裂化方法通常在热解模式期间通过烃热解产生轻质烯烃。在热解模式期间形成的焦炭及其它沉积物在再生(脱焦)模式期间从炉子内部去除。在热解模式期间，将含烃进料引入到对流管中用于进料预加热。进料预加热在位于对流段上部区域的对流管段中进行。将蒸汽与经预热进料组合，并且将所述蒸汽
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进料混合物在位于对流段的下部区域中的对流管段中进一步加热。将经加热的进料
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蒸汽混合物引入到辐射段中的经加热的炉管中，并且从炉管传递到混合物的热量导致所述进料的至少一部分热解以产生包含轻质烯烃的工艺气体。在再生模式期间，用含有含氧化合物(oxygenate)的脱焦流体(例如，气态蒸汽
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空气混合物)的流代替含烃进料，并且燃烧器继续加热辐射段和对流段。引导脱焦流体穿过经加热的对流管、经加热的辐射管和相关联的炉管道、内部构件等，以至少部分地除去沉积的焦炭。在实现足够的焦炭去除之后，将蒸汽裂化炉恢复到热解模式操作。
[0007]在某些蒸汽裂化工艺中，例如在美国专利申请公开号2007
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0261991中公开的那些，通过在一个或多个转移管线换热器("TLE")中将热量从工艺气体间接传递到水来冷却工艺气体。将来自TLE的饱和蒸汽引导至蒸汽鼓。将蒸汽鼓中的冷凝水循环到TLE，通常经由热虹吸。可以从蒸汽鼓将饱和蒸汽带离到位于烯烃装置和其它地方的加工设备，其中冷凝水补充从合适的来源获得。例如，可以从蒸汽鼓带离饱和蒸汽，以便在位于对流盘管的区段之间的一个或多个过热器管中过度加热。
[0008]为了减少与从工艺气体中分离产物例如乙烯相关的困难，通常在位于烯烃工厂的
回收设施中的工艺气体压缩机中压缩经冷却的工艺气体。美国专利申请公开号2008
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0210598公开了使用源自蒸汽涡轮机的轴功率来为工艺气体压缩机提供功率。离开对流段的过热器盘管的过热蒸汽用作蒸汽涡轮机的蒸汽源。
[0009]尽管这种方法对于为工艺气体压缩机提供功率是有效的，但是蒸汽裂化炉的热效率降低，因为需要额外的炉燃烧来使饱和蒸汽过度加热，例如，超过产生工艺气体所需的炉燃烧。当实施所述方法时遇到的另一个困难是由于在蒸汽裂化期间通常发生的过热蒸汽的温度和压力的变化。作为诸如辐射管焦化的效果的结果，产生工艺气体所需的炉燃烧的量在蒸汽裂化工艺结束时比在其开始时更大。如P.C.T.专利申请号WO2010
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077461中公开的那样，可以将水引入到过热器盘管中，以通过使蒸汽去过度加热来至少部分地克服这种困难。控制供应到去过热器的水量以防止损坏蒸汽涡轮机。然而，由于蒸发去过热器水所需的额外的炉燃烧导致炉的热效率的进一步损失，获得了这种益处。
[0010]因为来自多个蒸汽裂化炉的工艺气体通常在工艺气体压缩机的上游组合，所以当一个或多个炉子意外地离线时，例如通过减少或停止炉燃烧的量，出现另一个困难。因为降低蒸汽涡轮机轴功率可能损害工艺气体压缩机，所以商业蒸汽裂化设施通常包括连续产生额外的过热蒸汽的额外的蒸汽发生器。当炉子意外离线时，额外的过热蒸汽代替蒸汽裂化炉的过热蒸汽。尽管减少了压缩机损坏的风险，但是附加的蒸汽发生器进一步降低烯烃装置的热效率。
[0011]另一个操作困难起因于烯烃生产设施的蒸汽裂化炉和烯烃回收设施的耦合(经由过热蒸汽)。因为这些设施是耦合的，所以对蒸汽裂化炉的改进(例如为了增加由炉子产生的工艺气体的量)而由于相应地需要改进回收设施中的蒸汽驱动的功率循环而变得更加困难。
[0012]为了至少部分地克服这些困难，已经提出了从烯烃生产设施外部的功率源(例如从为发电机提供功率的气体涡轮机，所述发电机又为向工艺气体压缩机提供轴功率的电动机提供功率)获得用于工艺气体压缩机的功率的建议。然而，据报道，利用由"独立"气体涡轮机产生的轴功率直接驱动工艺气体压缩机是不可行的，例如，与典型的蒸汽裂化炉相比，气体涡轮机的维护计划更短。典型的气体涡轮机的低热效率也导致烯烃装置的总热效率降低。
[0013]因此，需要更热有效的烯烃生产装置，特别是将装置的生产和回收设施去耦合的那些装置。
[0014]美国专利申请公开2019/0169510描述了用于使烯烃装置的生产和回收设施去耦合的系统和方法。
[0015]在美国专利申请公开2012/0067056和2017/0058712中描述了有时称为"Allam循环"的闭合回路循环，用于使用CO2作为工作流体为涡轮机提供功率。Allam循环被描述为经由具有减少CO2排放的天然气燃料提供电力。
[0016]现代烯烃生产装置消耗大量轴功率来驱动各种压缩机和泵。用于装置的功率生产中能量效率改进是高度合乎需要的。例如，前面段落中讨论的工艺气体压缩机可能非常大，从而需要大量的轴功率来驱动。另外，烯烃生产装置中的制冷单元中使用的压缩机也会消耗大量的轴功率。
[0017]从典型的蒸汽裂化器烯烃生产装置的产物回收段，通常产生大量包含甲烷和非必
要的氢气的"尾气"。尾气通常作为燃料燃烧以提供能量，在所述过程中产生CO2和水。高度期望的将是，从尾气燃烧释放的能量可以用于为烯烃生产装置中的工艺步骤提供功率，可以浓缩、捕获、储存和/或利用所产生的CO2，并且可以按有效的方式使用所产生的水。然而，在实现这些目标中的一个，更不用说，两个或全部方面存在重大挑战。
[0018]包括蒸汽裂化器的烯烃生产装置理想地位于烯烃产物的用户(例如聚乙烯和/或聚丙烯生产设施)附近，以使烯烃的运输最小化。对于位于靠近烃进料源且远离用户的烯烃生产装置，可能非常希望将烯烃产物中的一种或多种转化为更容易在紧邻烯烃生产装置的转化装置中运输的化学品。非常希望的将是，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.生产和压缩工艺气体的方法，所述方法包括：分离空气以至少形成含氧料流，所述含氧料流包含90体积％或更多的O2；在至少一部分循环料流的存在下用所述含氧料流的至少一部分燃烧燃料的至少一部分以产生经加热工作流体，所述循环料流包含80体积％或更多的CO2；使所述经加热工作流体膨胀以产生轴功率和至少包含CO2和H2O的经减压工作流体；使含烃进料的至少一部分热解以产生包含乙烯的工艺气体；通过进行一系列冷却和压缩步骤来分离所述经减压工作流体以形成水料流和含CO2料流，所述经减压工作流体和所述含CO2料流中的CO2在所述一系列冷却和压缩步骤期间处于单相；将所述轴功率的至少一部分a)传递到工艺气体压缩机以压缩所述工艺气体，b)传递到制冷压缩机以冷却所述工艺气体，c)传递到制冷压缩机以在来自所述一系列冷却和压缩步骤的冷却步骤中冷却所述经减压工作流体，或d)a)、b)和c)中的两个或更多个的组合；和压缩所述含CO2料流的至少一部分以形成经压缩的含CO2料流，所述循环料流包含所述经压缩的含CO2料流的至少第一部分。2.权利要求1的方法，其中所述经减压工作流体包含90体积％或更多的CO2和H2O。3.上述权利要求中任一项的方法，其中所述轴功率的传递包括直接功率传递、间接功率传递或其组合。4.权利要求1至3中任一项的方法，其中所述燃料包含以下中的一种或多种：(i)天然气，(ii)所述天然气中的烃，(iii)从所述天然气分离和/或来源于所述天然气的烃，(iv)天然气凝析物，(v)所述天然气凝析物中的烃，(vi)从所述天然气凝析物分离和/或来源于所述天然气凝析物的烃，(vii)原油，(viii)所述原油中的烃，(viii)从所述原油分离和/或来源于所述原油的烃，和(ix)分子氢。5.上述权利要求中任一项的方法，其中所述进料包含>10重量％C
2+
烃。6.上述权利要求中任一项的方法，其中所述经压缩的含CO2料流包括200巴或更高的压力。7.上述权利要求中任一项的方法，其中所述经减压工作流体包括60巴或更小的压力。8.上述权利要求中任一项的方法，其中将所述轴功率的至少一部分传递a)到工艺气体压缩机以压缩所述工艺气体，b)到制冷压缩机以冷却所述工艺气体，或e)a)和b)的组合。9.上述权利要求中任一项的方法，还包括将所述轴功率的至少第二部分传递到压缩机以用于i)在所述一系列冷却和压缩步骤中进行所述压缩，ii)制冷以在所述一系列冷却和压缩步骤中进行所述冷却的至少一部分，iii)进行所述含CO2料流的压缩，或iv)i)、ii)和iii)中的两个或更多个的组合。10.上述权利要求中任一项的方法，其中所述热解在至少一个蒸汽裂化炉中进行。11.上述权利要求中任一项的方法，其中所述热解在至少一个逆流热解反应器中进行。12.上述权利要求中任一项的方法，其中所述燃料包含从所述工艺气体回收的尾气的至少一部分。13.上述权利要求中任一项的方法，其中将所述水料流的至少一部分(i)进料到热解步骤中以与所述含烃进料混合；(ii)加热以产生蒸汽；(iii)用作间接冷却介质；(iv)用作骤冷介质；和(iv)作为稀释剂进料到含烃料流中。
14.上述权利要求中任一项的方法，还包括：从所述工艺气体料流回收乙烯料流；使所述乙烯料流的至少一部分与所述含氧料流的至少一部分接触以产生经氧化料流；和由所述经氧化料流产生单乙二醇产物。15.权利要求14的方法，其中所述经氧化料流包含环氧乙烷，并且产生所述单乙二醇产物的步骤包括使所述环氧乙烷与源自所述经压缩CO2料流和/或所述含CO2料流的CO2接触。16.上述权利要求中任一项的方法，还包括以下步骤中的至少一个：将所述经压缩CO2料流的一部分供应至存储器；在管道中带离所述经压缩CO2料流的一部分；使用所述经压缩CO2料流的一部分来提取烃源材料，和从所述烃源材料...

【专利技术属性】
技术研发人员：M，
申请(专利权)人：埃克森美孚化学专利公司，
类型：发明
国别省市：