用于蒸汽裂解的方法技术

本申请涉及一种在最大程度上使用电力设备对烃原料进行裂解的方法，其中电力从可再生来源或低碳来源获得。特别地，本发明专利技术涉及一种用于对烃原料进行蒸汽裂解的炉，其中该炉包括：一个或更多个管，用于输送烃原料和稀释蒸汽；以及电加热红外发射器，用于向管传递热量。本发明专利技术还涉及一种用于使用红外辐射对烃原料进行蒸汽裂解的方法。进行蒸汽裂解的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于蒸汽裂解的方法
[0001]介绍
[0002]本申请涉及一种用于对烃原料进行蒸汽裂解的炉，以及一种用于最大程度地使用电力设备对烃原料进行蒸汽裂解以产生烯烃的方法，其中电力从可再生来源或低碳来源获得。
[0003]人类排放温室气体导致的全球变暖和气候变化已成为公众关注的主要问题。诸如2017年的《巴黎气候协定(the Paris Climate Agreement)》和2019年的《欧洲绿色协议(the European Green deal)》的重大政策举措要求采取行动以减少包括化学工业在内的社会各部门的排放。
[0004]化学工业是温室气体排放的主要来源，经由通过燃烧产生其转化所需的能量，经由副产物的排放或经由其产物的报废焚烧。
[0005]一种特别大的温室气体排放来源集中于几种在高温(高于500℃)下进行的大规模工艺中，这些工艺需要通过化石烃的燃烧进行外部加热。示例为蒸汽裂解(从原油、馏分油如石脑油或气体如乙烷、丙烷和丁烷来产生轻质烯烃)、催化裂解(从重质石油馏分产生用于燃料或原料用途的轻质组分)和甲烷蒸汽重整(从天然气制取氢气和一氧化碳或二氧化碳)。
[0006]常规蒸汽裂解器是复杂的工业设施，其可以分为三个主要区，每个区都有几种类型的具有非常特定功能的设备：(i)热区，包括：热解(pyrolysis)或裂解(cracking)炉，骤冷交换器和骤冷回路，热分离列的柱；(ii)压缩区，包括：裂解气压缩机，净化和分离柱，干燥器；以及(iii)冷区，包括：冷箱，脱甲烷塔，冷分离列的分馏柱，C2和C3转化器，汽油加氢稳定反应器。
[0007]常规的蒸汽裂解是在直燃加热器(炉)中在管式反应器中进行的。可以使用各种管尺寸和配置，诸如螺旋管、U形管或直管布局。管直径范围为1至4英寸。每个炉由回收废热的对流区和热解发生的辐射区组成。
[0008]为了减少或者甚至消除来自这些工艺的温室气体排放，使用可再生或低碳能源，特别是电力来实现这些高温将是向前迈出的重要一步。这并不是闻所未闻的：已知用电力进行工业加热的许多示例，例如使用电弧炉来熔化废金属或生产磷，或用于管道追踪。然而，石化工业中化石燃料(其中，它们通常是某些转化的侧流)的易得和低成本使电加热技术无法在大型设施中广泛使用。
[0009]最近对减少温室气体的重视引发了对这种电加热方法的研究。BASF的US20150321912描述了尤其使用电力作为热源的方法。该'912出版物涉及一种进行热消耗工艺的方法，其中热消耗工艺一年平均所需的总能量来自至少两种不同的能源，其中一种能源是电能源，其功率在所需总功率的0至100％的范围内变化，并且三种不同的能量模式可以分别地提供热消耗工艺所需的总功率：(i)纯电能、(ii)电能和至少一种另外的非电能源的混合或(iii)纯非电能，其中完成从一种能量模式变为另一种能量模式的转换时间不超过30分钟。
[0010]Linde(US20170130887)涉及电阻式电加热用于包括蒸汽裂解的一系列高温工艺
Radial Temperature Profiles on Yields in Steam Cracking(径向温度分布对蒸汽裂解的产率的影响),AIChE期刊173,2004年1月,第50卷,第173页)。
[0020]经由辐射的热传递以主要在红外区域中的电磁波的形式发生。在本文件的上下文中，红外辐射被定义为波长在700纳米和1毫米之间的电磁辐射，并被称为短波、中波或长波。红外能量以光速传播，而不会加热其穿过的空气(由二氧化碳、水蒸气和空气中的其他颗粒吸收的红外辐射的量通常是可忽略不计的)，并被其撞击的物体吸收或反射。黑体是一种假想的物体，其完全吸收入射到其上的所有波长的热辐射并且不反射光(完美的辐射发射体和吸收体)。当将黑体加热到给定温度时，它们会发出热辐射。黑体每单位时间的辐射能量与绝对温度的四次方成比例，并且可以用斯特藩
‑
玻尔兹曼定律(Stefan
‑
Boltzmann Law)表示。完美的黑体并不存在，但真实的物体接近它们，并且入射的辐射(也称为照射)被部分反射、吸收或透射。非理想黑体或灰体的斯特藩
‑
玻尔兹曼定律为：
[0021]辐射表面的总功率密度与表面温度的四次方成比例：
[0022]P＝εσT4[0023]其中
[0024]P＝每单位时间和每单位表面积的传热(W/m2)
[0025]σ＝5.6703 10
‑
8(W/m2K4)
‑
斯特藩
‑
玻尔兹曼常数
[0026]T＝绝对温度(K)
[0027]A＝发射体的面积(m2)
[0028]ε＝物体的发射率系数(一
‑1‑
对于黑体)
[0029]热通量(W/m2)可以由该公式导出。
[0030]本申请的实施方案涉及一种替代性的加热方法。因此，本申请的实施方案提供了根据权利要求1的用于蒸汽裂解的炉。
[0031]因此，本申请的实施方案使用电加热红外发射器(或辐射器)。红外辐射是由任何“温热”的表面产生的，并且主要来源可以是引起基质的温度升高的任何东西，从生物体内的代谢过程到来自太阳的外部辐射。其中一种机制是由电流通过导体进行加热，通过电阻加热产生温度升高。这种电流例如可以通过在导体上施加电势差或通过感应产生。偶极子与电磁场的相互作用也是加热基质的一种方式，使得它们成为红外辐射的来源。
[0032]事实上，电红外是通过焦耳加热发射器产生的。所有发射器产生在波长谱上以钟形分布的辐射。发射器的温度决定其峰值波长：发射器温度越高，峰值波长越短，且强度越高。
[0033]当辐射能撞击物体时，它可以被该物体吸收或反射或透射。吸收、反射或透射的量受辐射能的波长以及物体的物理性质和表面性质的影响，并且只有吸收的能量才有助于产品的加热。可以通过选择适当的发射波长来控制物体吸收的能量的量。
[0034]IR通常被划分成的三种不同波长为：
[0035]·
短波IR，强烈且穿透最大，这取决于被辐射的材料。这种类型的辐射在从0.76μm延伸至2.8μm的波段上发射，并且发射自在1000℃
‑
2200℃范围内的温度工作的发射器。短波辐射源将高达90％或更多的电力转换为红外辐射。
[0036]·
中波IR，来自在700℃
‑
1000℃范围内的温度工作的发射器，并且通常峰在2.3μm至3μm的范围内。
[0037]·
长波IR，提供三种类型中最浅的穿透，并且在300℃
‑
700℃的温度发射。峰值强度出现在从3μm延伸至5μm的范围内。
[0038]电红外发射器存在多种设计。最常见的设计是灯、管和面板(通常为平坦的)、扇形物(凹形或凸形)或杆。
[0039]从一个表面1到另一个表面2的净辐射热传递是离开第一表面到另一表面的辐射减去从第二表面到达的辐射本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于对烃原料进行蒸汽裂解的炉，其中所述炉包括：一个或更多个管，用于输送所述烃原料和稀释蒸汽；以及电加热红外发射器，用于向所述管传递热量。2.根据权利要求1所述的炉，其中，所述电加热红外发射器产生足够的热量，使得所述烃原料和稀释蒸汽在所述管中被加热到至少650℃的温度。3.根据前述权利要求中任一项所述的炉，其中，所述电加热红外发射器包括一个或更多个电力加热元件。4.根据权利要求3所述的炉，其中，所述电力加热元件产生20000W/m2或更大的辐射热通量。5.根据权利要求3所述的炉，其中，所述电力加热元件是陶瓷加热元件。6.根据权利要求3所述的炉，其中，所述电力加热元件是石英加热器，包括石英管中的加热元件。7.根据权利要求3所述的炉，其中，所述电力加热元件是金属或金属合金加热元件。8.根据前述权利要求中任一项所述的炉，其中，所述电加热红外发射器被配置为围绕用于输送所述烃原料和稀释蒸汽的所述管的环形壳体。9.根据前述权利要求中任一项所述的炉，其中，所述电加热红外发射器由来自可再生或低碳能源的电力供电。10.根据前述权利要求中任一项所述的炉，其中，裂解炉中的所述一个或更多个管涂覆有红外接收材料，或者其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：马克，
申请(专利权)人：博里利斯股份公司SABIC环球技术有限责任公司道达尔能源一技术比利时公司巴塞尔聚烯烃股份有限公司，
类型：发明
国别省市：