用于生产烯烃的电炉的制作方法

用于生产烯烃的电炉


背景技术：

1.热解中使用的炉通常是火焰加热器，其使用热燃烧气体(烟道气)或者气态和液态燃料来产生热量并供应反应负荷。热量升高了流过布置在火焰加热器内部的盘管的流体的温度。热裂解反应发生在火焰加热器的辐射部段。这些是高度吸热的反应，并且添加热量以维持反应。通常，30％至50％的燃烧负荷用于在加热器的辐射部段进行反应。烟道气中的剩余负荷在加热器的对流部段中回收，并且可用于预热进料和/或产生蒸汽。


技术实现要素：

2.一方面，本公开的实施例涉及用于裂解烃进料的反应器，其包括：加热器室，所述加热器室限定了电加热器的反应部段；设置在加热器室周围的多个电加热元件，其中所述电加热元件是电动的；从进料入口延伸通过反应部段的至少一个盘管；以及初级交换器，所述初级交换器具有流体连接到所述至少一个盘管的入口和流出物出口。
3.在另一方面，本公开的实施例涉及热裂解烃进料的方法，其包括将烃进料供给到电加热器的反应部段中的至少一个盘管中，使用电能将电加热器中的烃进料加热到反应温度，以及将来自电加热器的反应输出物引导到至少一个交换器以冷却反应输出物。
4.在又一方面，本公开的实施例涉及以下方法，该方法为：设计热裂解设备，该热裂解设备包括用于热裂解进料的电加热器和回收部段；确定热裂解设备产生的蒸汽量和消耗的蒸汽量；确定热裂解设备热裂解进料所使用的功率量；以及调节热裂解设备的至少一个参数以降低热裂解设备所使用的功率量。
5.附图中所示的图可以针对特定的原油和烃原料和产品板岩(slate)略微修改。其他方面和优势将从以下描述和所附权利要求中显而易见。
附图说明
6.图1是根据本发明的实施例的电加热器的图。
7.图2是根据本文的实施例的用于裂解烃混合物的系统的简化工艺流程图。
8.图3是作为停留时间的函数的预期乙烯产率和盘管出口温度(cot)的曲线图。
9.图4示出了比较盘管金属在被火焰加热器加热时和在被电加热器加热时的金属温度的曲线图。
具体实施方式
10.本文公开的实施例通常涉及使用电加热器将烃进料加热至反应温度来裂解烃以产生轻质烯烃，例如乙烯、丙烯等。电加热器也可称为电炉。可用于本文的实施例的烃进料的范围可以从轻质烃(乙烷、丙烷、丁烷)和石脑油范围的烃(c5至c12)到重质烃气体及其混合物，包括全原油。
11.烃的热裂解通常用于生产轻质烯烃。例如，当乙烷裂解时，其主要产生乙烯。当石脑油裂解时，其可能会产生乙烯、丙烯、丁烯、丁二烯和苯作为有价值的产品。热裂解反应是
高度吸热的，其中供应热量以维持反应。为获得可观的进料转化率，反应器温度可远高于700℃，例如大于800℃。
12.在一些裂解工艺中，可以使用催化剂来降低操作温度，但是可能导致比热裂解更少的乙烯产率。尽管热裂解和催化裂解产生每单位重量烯烃的反应热几乎相同，但热裂解的燃烧负荷非常高。为了充分加热进料(例如，加热到高于800℃的高温)以用于乙烯生产，可以使用较高的显热(改变物质温度而不发生相变所需的能量)与反应负荷比例。显热可以通过与其他工艺流体交换来回收，因此乙烯加热器可以被设计为有效地预热进料并产生额外的蒸汽。当使用根据本公开的电加热器时，由于不存在含有高热能的烟道气，电加热器可以被设计为预热进料并进行反应，或者可以使用其他更有效的方式来预热进料。
13.裂解反应可产生少量焦炭作为副产物，其可在反应器中沉积和积累。为了最大限度地减少焦炭沉积并改善烯烃产量，可以将蒸汽添加到烃进料中并裂解。
14.在火焰加热器中，进料混合物(烃和稀释蒸汽(ds))通常在火焰加热器的对流部段预热并进入加热器的辐射部段，在此处发生反应。由于这些是高温反应，因此在火焰加热器中的反应会产生高温烟道气。通常，来自火焰加热器的燃烧负荷中只有30％到50％进入反应部段，其中剩余量的燃烧负荷可能作为烟道气离开辐射部段。烟道气中的能量可以在火焰加热器的对流部段中回收，该部段可以包括适当布置在其中的盘管以从烟道气中回收热量。在火焰加热器的对流部段，进料和稀释蒸汽在进入辐射部段之前可能会被预热并还会过热到所需温度。即使在加热过剩的进料混合物之后，热能仍存在于烟道气中。如果不回收这些能量，那么能量就会被浪费并且烯烃生产成本就会上升。相比之下，当使用根据本公开的实施例的电加热器时，电加热器所使用的电能的90％至98％可用于加热器的反应部段中的反应。因此，本文所公开的电加热器可以仅产生足够用于反应的足够能量，其中几乎不产生或不产生过量热。在没有产生大量过量热的情况下，本文公开的电加热器可以没有对流部段。
15.为了保存在反应器中形成的烯烃，反应输出物(也称为流出物)可以被快速骤冷。旧的骤冷方法使用在反应器出口处注入油或水。最近的骤冷方法使用了间接冷却。在一些方法中，可以在将流出物送到回收部段之前通过产生高压(或超高压)蒸汽来冷却流出物。这种高压蒸汽常规上在火焰加热器的对流部段过热。然而，当使用根据本公开的实施例的不具有对流部段的电加热器时，蒸汽可能在工艺的其他部段中产生(例如，在其中冷却流出物的回收部段中，例如在交换器中，或使用次级电加热器)。
16.根据本公开的实施例，用于裂解烃进料的反应器可包括电加热器和至少一个交换器，其可用于冷却来自电加热器的反应输出物和/或预热进入电加热器的进料。电加热器可包括：限定加热器的反应部段的加热器室；设置在加热器室周围的多个电加热元件，其中电加热元件是电动的；以及从反应部段的进料入口延伸至反应部段的出口的多个盘管。在一些实施例中，初级交换器可用于最初冷却来自电加热器的反应输出物，其中初级交换器可具有流体连接到多个盘管的入口和流出物出口。在一些实施例中，次级交换器可用于进一步冷却初级交换器流出物，其中次级交换器可具有流体连接到初级交换器的流出物出口的入口。在一些实施例中，三级交换器可用于进一步冷却次级交换器流出物，其中三级交换器可具有流体连接到次级交换器的流出物出口的入口。
17.交换器可进一步包括蒸汽出口和/或蒸汽流动管线，其可将加热的蒸汽引导到反
应器的一个或多个区域和/或至预热部段。例如，来自交换器的加热蒸汽可被导向电加热器的进料入口以在进入电加热器之前预热进料。预热部段可以与电加热器的反应部段分开设置，或可以与反应部段作为单个单元设置。例如，反应器的预热部段可以与反应部段间隔开并且在电加热器的进料入口的下游。在一些实施例中，预热部段可以包括一个或多个交换器。电加热器的进料入口可以流体连接到多个进料源。
18.根据本公开的实施例，电加热器的主反应部段可以具有延伸通过电加热器的反应部段的一个或多个盘管的不同布置。盘管可以由单个电加热器中的不同加热元件加热，或者反应部段中的盘管可以由电加热器中的单个加热元件加热。预热和反应热均可由单个电加热器供应。
19.图1显示了根据本公开的实施例的使用电加热器110的反应器100的实例。电加热器110提供反应器的主反应部段，其中烃进料105可被加热至反应温度以裂解烃进料。烃进料105可通过次级交换器160加热并流过流线120到一个或多个盘管130，盘管130延伸通过电加热器110的反应部段112。反应器100可不包括对流部段(如火焰加热器中所见)，但相反可包括流体连接到设置在电加热器110中的盘管130的流线120(用于将一种或多种进料供给到电加热器)和设置在电加热器110中的盘管130周围的一个或多个电加热元件140。反应器100可进一步包括进料交换器(例如，初级交换器150和次级交换器160)和来自进料交换器的公共流线(例如，通过集管)，其供给反应器100的反应部段112中的各种盘管。因此，与火焰加热器相比，电加热器110可以不包括对流部段。相反，进料交换器和公共流线(例如集管)可以将进料引导到盘管130。
20.根据本公开的实施例，使用电加热器110的反应器可以利用盘管概念来裂解穿过盘管130的进料。在所示的实施例中，四个辐射盘管131、132、133、134(统称为130)可以布置在电加热器110中以延伸通过电加热器110的反应部段112。然而，可以布置多于或少于四个盘管以延伸通过电加热器110的反应部段。电加热器110的反应部段112可具有定位在形成电加热器110的反应室的壁周围的一个或多个电加热元件140，其中加热元件140可被引导以加热反应部段112。当进料流过盘管130时，盘管130周围的电加热元件140可用于将流过盘管130的进料加热到裂解反应温度。
21.根据本公开的实施例，每个盘管130可以被独立控制，包括流过盘管的进料量(如果有的话)和盘管的温度。例如，如果辐射盘管130连接到不同的进料歧管，则当每个进料流过盘管130时，该盘管130可以裂解流体连接的进料。通过提供可以接受多个进料的反应器100的反应部段，用于裂解工艺的装置可以是紧凑的(例如，不是使用用于多个进料的多个加热器，而是多个进料可以被引导到单个电加热器110)，这可以在整个设备设计中节省绘制空间(plot space)。
22.可以通过控制阀122控制到盘管130的进料量。在两个或更多个不同的进料流体连接到盘管130的实施例中，可以控制沿着从进料源到盘管130的流动管线120定位的控制阀122以允许一定量的进料流过盘管130。此外，流量文丘里管124可以与每个盘管相关联以提供对流入盘管130的进料的流量控制。当流过盘管130时，可以使用电加热器110中的电加热元件140提供的电热将进料加热到反应温度以裂解进料。例如，提供在根据本公开的实施例的电加热器110中的相同盘管(例如，131、132、133或134)可用于在一个运行(run)中裂解乙烷，在另一个运行中裂解石脑油，并且在另一种情况下，盘管可以处于除焦模式。因此，通过
使用盘管概念，其中进料流过定位在反应器100的反应部段112内部的盘管以裂解进料，可以控制每个盘管的特定加工条件以裂解流过盘管的任何进料。
23.一个或多个额外的流动管线121和阀123(例如，隔离阀或闸阀)可以流体连接到流动管线120并用于引导蒸汽或蒸汽和空气的混合物通过盘管130以对辐射盘管除焦(定期去除辐射管内表面上的积焦)。为了除焦目的，电加热器中的组件可以与常规火焰加热器中的类似组件类似地布置，不同之处在于电加热器可以使用一个或多个电加热元件而不是使用火焰加热。通过以与火焰加热器中类似组件的类似方式在电加热器中布置诸如盘管的组件，可以安装传输管线阀以将裂解器流出物与除焦流出物隔离。此外，高温隔离阀可用于更简单的除焦程序(例如，其中隔离阀可用于隔离一个或多个盘管以用于除焦)。当不使用高温隔离阀时，流出物可以被充分冷却，其中盘管和交换器可以仅通过蒸汽除焦。当蒸汽或空气用于除焦时，可使用高温隔离阀将流出物转移至除焦罐。除焦流出物也可以与裂解器流出物一起被引导到反应器的回收部段。
24.电加热器100可以包括一个或多个分布在盘管130周围的加热元件140，使得电加热可以均匀地分布在反应部段112中的盘管130周围。与电加热器110相反，火焰加热器中的燃烧器以小体积(火焰形状)释放强烈的热量。因此，在火焰加热器中，在加热器的给定长度处面向燃烧器的盘管表面可能达到非常高的温度，而垂直于燃烧器的盘管表面可能达到相对非常低的温度。火焰在火焰加热器中的定向辐射热形成的温度梯度有时可称为阴影效应。由于阴影效应，火焰加热器的峰值温度可能与平均温度不同。以这种方式，火焰加热器管设计可由峰值温度决定。例如，用于形成火焰加热器的耐火砖被设计用于承受加热器中更高的峰值温度。此外，由于来自火焰的热量通过传导传递，因此传导率设计得较高，以便更快地传递热量。
25.在本公开的电加热器中，电加热可以被控制在恒定的热通量并且被引导到盘管的所有侧(例如，围绕盘管的整个圆周)。此外，虽然对于火焰加热器而言难以控制到达盘管的每个部段(例如，盘管的底部20％或盘管的顶部20％)的热输入，但是根据本公开的实施例的电加热可包括将加热器分段以使加热元件加热盘管的多个不同部段，使得整个管可被均匀加热。在一些实施例中，控制系统可用于控制各个盘管和/或各个盘管的各个区段的温度以提供用于特定裂解工艺的盘管的特定加热曲线。通过使用根据本公开的实施例的电加热器，可以为加热器中的盘管提供更受控和更均匀的加热曲线，这可以显著改善传热性能，降低峰值管温度，并改善对烯烃的选择性。
26.图4显示了当被火焰加热器(来自燃烧器)加热时和当被来自电加热器的恒定热通量加热时盘管金属温度的加热性能比较图。如图4所示，当使用电加热时，径向温度梯度可以最小化(因为没有峰值温度与平均温度的差)，因此可以使用较低的加热温度来达到所需的金属温度。
27.此外，在电加热器110中，可以单独控制单个盘管或一组盘管的热量，因为热量可以由单独的加热元件140供应。在常规火焰加热器中，整个火箱都从燃烧器中加热。调节指向单个盘管的一个或多个燃烧器会影响相邻盘管的热分布，除非每个盘管都容纳在单独的单元中。利用电加热，可以在不影响其他盘管的情况下将加热和绝缘隔离。因此，当电加热器具有许多盘管时，可以对每个盘管进行独立控制。此外，可以控制沿着盘管的不同部段的热输入。例如，可以通过调节一个或多个电加热元件的加热器参数来实现在盘管的入口部
段的高热通量和朝向盘管端部的低热通量。通过改变沿盘管的热分布，可以控制盘管中的反应和/或可以控制结焦率。根据炉设计，可能会施加温度和/或通量分布。基于在裂解工艺中独立控制的盘管的性能，可以优化各个盘管的温度控制以改善盘管的性能。
28.利用电加热器，热负荷可以从0％变化到100％，因此调低或调节热的强度(或盘管出口温度(cot))可能不是问题。利用火焰加热器，由于存在熄灭火焰的可能性，所以非常小的调低也是不可能的。此外，在火焰加热器中的低负荷下，一氧化碳、氧化氮和二氧化氮会增加。
29.与火焰加热器相比，在电加热器中可以获得非常高的流体温度。然而，盘管冶金工艺仍可能限制设计。因此，陶瓷盘管可与电加热器一起使用以获得更高的温度。此外，可以使用单程盘管，或其他类型的盘管，包括布置成一排或多排的多程盘管。由于可以独立控制每个盘管的加工深度(severity)，因此可以简单地实现通过不同盘管的不同进料的分开裂解。此外，可以通过混合不同的进料流并将合并的进料供给到辐射盘管来完成不同进料的共同裂解。
30.在盘管130中的进料被加热到反应温度之后，反应输出物可以被从反应部段112引导到初级交换器，例如传输线交换器(tle)150以被快速冷却到出口温度。当反应输出物在初级tle 150中被冷却时，可产生高压、高温蒸汽。在一些实施例中，高压、高温蒸汽可被引导到反应器100的预热部段以在进入反应部段112之前预热进料。在一些实施例中，高温蒸汽可与进料混合并被引导到反应部段112以帮助加热用于裂解的进料。
31.来自初级tle 150的流出物可被引导到次级交换器，例如tle 160。在次级tle 160中，流出物可被进一步冷却并产生蒸汽。从次级tle 160产生的蒸汽可被引导到反应器的预热部段并用于预热进料105。在一些实施例中，从次级tle 160产生的蒸汽可被引导到反应部段112以帮助加热反应部段112。在一些实施例中，除了第一和第二交换器(例如，初级tle 150和次级tle 160)之外，还可以使用额外的交换器(例如，三级tle或更多)。
32.在一些实施例中，单独的电加热元件可以与初级tle 150和/或次级tle 160一起使用，以使由tle产生的蒸汽过热。通过在tle中产生较少的蒸汽，可以将流出物中的额外热量引导至预热反应混合物。因此，输入到反应系统112的最大热量可用于裂解热(例如，超过90％的热量)，只有少量热量用于加热蒸汽(并且最少量的热量可能通过反应部段112的壁损失)。相比之下，火焰加热器中10％至40％的燃烧热量可能用于加热蒸汽和锅炉给水。
33.反应器100的预热部段可以与主反应部段一体地形成在单个反应器单元中，或者反应器的预热部段可以与主反应部段分开设置。根据本公开的实施例，反应器进料的所有预热都可以通过电力来完成。在一些实施例中，可以使用带有稀释蒸汽集管的共同预热和混合进料。预热部段可包括一个或多个交换器。在一些实施例中，可以在单独的单个交换器中预热不同的进料类型。例如，如果反应器100要裂解乙烷、石脑油和瓦斯油，则预热部段中的单独交换器可用于预热每种进料。
34.由于公共进料交换器(例如，tle 150)可与反应器100一起使用(例如，其可通过反应部段中的不同盘管接收不同的进料)，跨越温度(cross over temperature，或反应部段的入口温度)可以被很好地控制，并且从运行开始(sor)到运行结束(eor)几乎保持不变。这与火焰加热器不同。在火焰加热器的辐射盘管中结焦时，跨越温度会随着时间的推移而增加，从而影响工艺性能。因此，通常在sor时使用较低的跨越温度，以便在eor时不超过冶金
极限。进料/流出物交换器和/或辅助电加热器用于常规火焰加热器中以预热进料，以便始终实现恒定温度。利用电加热器，可以从一开始就使用高跨越温度以减少反应部段的电能并降低加热器的成本(对于给定的乙烯产能，辐射盘管的数量更少)。
35.当只使用进料/流出物交换器而没有安装额外的进料预热器时，额外的热量也可以由初级(反应器)电加热器110供应。加热器110可以被设计和配置为供应热量用于预热操作。
36.以下提供了用于根据本公开的实施例的反应器的不同可能参数的实例(例如图1中所示)，仅为了更好地理解本文公开的实施例。然而，在本公开的范围内可以使用其他参数。
37.反应器100的第一实例可以包括：
38.辐射盘管的入口管的内径(id)范围为约1至3英寸，多程盘管的出口管的内径范围为约2至4英寸，长度为20至50英尺，包含100至200个管；并且线性tle的id范围为约2至8英寸，长度范围为约20至30英尺，具有40至50个管。对于多程盘管，入口管直径和出口管直径可达8英寸以上，并且总长度可达500英尺以上。
39.第一示例性反应器100可具有以下操作条件：
40.石脑油进料：s.g＝0.703，p/n/a；cop(盘管出口压力)：30psia；s/o＝0.5；运行8000小时时进料速度＝95026lb/h；c2h4＝29.0重量％；c3h6＝13.5重量％；cot(盘管出口温度)＝1596
°
f(869℃)；tle出口＝1100
°
f(593℃)。
41.四个辐射盘管可组合成线性tle并骤冷(例如，如图1所示)。为了保持反应的产率，可以快速骤冷反应输出物并且可以使用蒸汽产生。可以产生饱和超高压(shp)蒸汽。通过设计tle以提供常规低tle出口温度，可以减少用于预热进料的负荷量。因此，代替使用非常低的tle出口温度，更高的出口温度可能是优选的(例如1000
°
f-1200
°
f)。即使在较高的出口温度下，反应仍可能基本上淬灭。流出物中可用的热量可能仍然很高，但可能不足以将进料加热到仍然可能相对较高(1000
°
f-1200
°
f)的跨越条件。对于工艺优化，tle流出物不得用于此服务，除非加热器流出物被冷却到更高的温度(例如，大于1200
°
f)(这可能会影响产率)或者如果跨越温度设置为较低的温度(这可增加辐射盘管负荷)。在一些实施例中，额外的电加热器可用于将进料预热到跨越温度而无需工艺优化。
42.反应器的布置可以包括供应反应热的辐射电加热器，随后是产生shp饱和蒸汽的tle。流出物中留下的能量可用于预热壳管式交换器中的进料(例如，石脑油进料)和/或稀释蒸汽和/或混合进料(例如，石脑油+稀释蒸汽)。为了保持温度接近，可以使用额外的电加热器将进料预热到跨越温度。代替石脑油或烃进料集管，可以使用其他烃(hc)+稀释蒸汽(ds)混合流集管(热)。高温阀可用于控制一组盘管(或电加热器)的流量。流向各个管的流量可以通过流量文丘里管分配(例如，图1中所示的124)。交换器可用于不同的进料。例如，一个石脑油交换器和一个气体进料交换器可能足以用于满足整个设备。
43.来自交换器(例如，次级tle 160)的流出物可以在进入汽油分馏塔170之前用骤冷油进一步骤冷至约200℃。
44.操作选项-1
45.低跨越温度(～1000
°
f)和高tle出口温度(～1100
°
f)。当次级tle 160用于加热进料混合物(hc+ds)时，可能存在至少100
°
f的差异，并且壳管式交换器设计是可能的。在次级
tle 160中，管侧和壳侧的流量可能几乎相等，因此流出物侧的温降可能几乎等于壳侧获得的温度。流出物可冷却至350℃(662
°
f)。因此，石脑油+ds进料混合物可以仅使用外部手段加热至300℃(572
°
f)。可以使用公共进料预热器代替用于每个电加热器110的另一电预热器。通过优化初级tle 150出口温度，可以消除单独的电预热器。通过其他手段进行的过热稀释也可用于预热石脑油+ds混合物。利用石脑油进料的主要热负荷是石脑油汽化负荷。当其他来源如骤冷油或者低压或中压蒸汽用于汽化石脑油时，可以避免使用另一电加热器。
46.操作选项-2
47.反应器100可以在高跨越温度和低tle出口温度下操作，并且与其他操作选项相比，辐射负荷可以是最低的。可以在一个阶段(例如，使用初级tle 150)或两个阶段(例如，使用初级tle 150和次级tle 160)实现低tle出口温度。在这两个阶段都可以产生shp蒸汽。在一些实施例中，仅初级tle 150可用于蒸汽产生(用于快速骤冷)。在一些实施例中，次级tle 160可用于预热hc+ds混合物(其可类似于火焰加热器对流部段中的下部混合预热(lmp)盘管起作用，用流出物而不是烟道气加热)。
48.操作选项-3
49.操作选项1和2的组合可以与其他添加一起使用。例如，稀释蒸汽可以在不同的电加热器中过热并且过热的稀释蒸汽可以用于将烃(和部分蒸汽)预热至跨越温度。
50.虽然可以在单个电加热器中进行裂解反应，但对于不同的进料可能无法实现热平衡。当使用单个电加热器进行裂解工艺时，该电加热器的一部分可能专用于预热进料。流量控制可基于高温流，例如，使用阀122和流量文丘里管124。因此，可选择温度以改善可靠性和成本效益。预热可能是一个缓慢的过程，并使用更多的流线表面积进行加热。代替使用单独的电加热器进行预热，壳管式交换器可用于回收流出物中的能量以用于预热。例如，进料可在约140
°
f进入电加热器，流出物可在约650
°
f(油骤冷之前)离开反应部段。在这样的温度下，可以使用超过一个电加热器(当不包括来自其他来源的能量时)和公共进料预热器。
51.表1：操作选项-1的示例性计算
[0052][0053]
当电力由自然资源(例如太阳能或风能)产生以及当生产效率无关紧要时，则电加热器可能比常规火焰加热器更有效50％。然而，当必须以天然气/燃料油作为热源来产生电力时，则电加热可能并不经济。
[0054]
电力电网
[0055]
由于使用根据本公开的实施例的电加热器的裂解工艺可能消耗大量电能，因此尽可能减少电损耗可能是有利的。例如，当假设现场可提供高压电力且发电站的损耗最小时，高压设备制造可能仍然存在局限性。虽然大多数国家使用66kv输电线路进行长距离传输(例如，从变电站到变电站)，但消费者可能可以获得3000v至11000v的电力。在乙烯行业，引风机是用电大户。大多数国家使用6000-6600v(例如泰国的pttpe、马来西亚的petronas)。高于11kv，应考虑电晕放电。虽然上面的计算显示约50mw的功率可能是最低消耗量，但以下
计算显示的是100mw。对于更高产能电加热器或多个电加热器，可以考虑更高的量。
[0056]
表2.铜电阻和功率损耗
[0057][0058]
约250-440v的低电压可能无法在导体(电缆)中没有过度功率损耗的情况下使用。电流要求可能很高，优选使用6000v及更高。电阻可能非常小，例如0.001欧姆及更低，假设电缆距离变压器50m且厚度为20mm。
[0059]
控制
[0060]
与火焰加热器相比，电加热可以通过调节功率来精确控制。电压调节器可用于调节功率。然而，对于大功率情况，功率损耗可能很大并且可能不实用。在这种情况下，单个盘管控制可能优于整体电加热器控制。也就是说，可以控制每个盘管(或一组管)的功率。此外，通过对功率进行分段，可以维持温度分布。例如，可以将45英尺长的盘管分成5个部段。可以控制(打开或关闭)每个部段的电源，这可以允许不同盘管中的不同加工深度、同一加热器的不同盘管中的同时裂解和除焦等。
[0061]
其他方面
[0062]
通常，在常规乙烯设备中，提供液体进料集管和气体集管，液体进料在此处被汽化。可以在回收部段中找到一些可用的低温热源，例如石脑油+ds(0.2w/w)进料。在这种场景下，如果使用电加热器，则整个设备可以使用一个电加热器。类似地，稀释蒸汽可以被过热并供给设备中的所有电加热器。像这样的方法可以减少裂解所需的电加热器总数。
[0063]
尽管在以上实例中考虑了单程盘管布置，但是可以使用其他类型的盘管布置。其他盘管布置可包括多程盘管，例如srt-1(蛇形盘管)、srt iii(四程盘管)、srt v、vi或vii(具有多个入口和多个出口的双程盘管)、u形盘管(一个入口和一个出口)、y形盘管(两个入口和一个出口)等配置。与不能在辐射箱内安装或操作不同类型的加热器盘管设计的常规火焰加热器相比，根据本公开的实施例的电加热器可以包括多种不同的加热器盘管设计，包括srt-1和srt vi加热器盘管设计。
[0064]
盘管可以由陶瓷材料或金属材料制成，该金属材料包括合金，例如碳钢、奥氏体不锈钢、cr-mo钢、其他合金钢和镍基合金。当使用陶瓷管时，可以使用相对较短的停留时间(例如，对于金属管，气体温度可能难以高于950℃)。图3显示了作为停留时间函数的预期乙烯产率和cot的图。
[0065]
由于使用本公开的电加热器可能产生高温，因此可以使用仅蒸汽除焦。各个盘管也可以被除焦。为了改善可靠性，也可以使用蒸汽/空气进行定期除焦。
[0066]
根据本公开的实施例，单个集管可用于向电加热器供应不同的进料。液体集管(例如，石脑油集管)、气体集管(例如，乙烷集管)和/或混合流集管(例如，热石脑油+稀释蒸汽集管或乙烷+稀释蒸汽集管)可用于为一个或多个电加热器供应进料。通过使用混合流集管，最大量的电能可用于进料预热并且最小量的电能可用于蒸汽产生。
[0067]
在电加热器中，可以有许多盘管，这些盘管可以分组在不同的组中或者一起布置在电加热器的单个反应部段中。可以控制盘管出口温度以优化烯烃生产并实现所需运行长度。这种控制可以至少部分地通过提供一组具有其自己的进料控制阀的盘管来实现。单个电加热器可能有一组或多组盘管。与火焰加热器不同，电加热器可以通过放置绝缘体和/或将电能转移到物理布置中的特定盘管来分成许多子部段。电加热器的功率消耗可能很高(例如，范围从几十兆瓦到数百兆瓦)。因此，可以划分电网以供应每一单组盘管或供应几组盘管。为了控制盘管组的温度，可以将电网分段以向每组盘管供应电力。在一些实施例中，加热盘管可以交织在一起。
[0068]
例如，对于竖直布置的三组系统(例如，l-2-3；l-2-3；l-2-3)，当所有3组都从电网获得全部功率时，可能会释放出最大的热量。当第1组或第2组或第3组处于活动状态时，功率为总功率的1/3。当使用部分功率量时，可以维持整个盘管的均匀加热。这些组可以竖直布置，其中底部的l/3或1/2可以具有与其余部分不同的功率。在一些实施例中，盘管组可以水平布置。可精确控制全裂解到全除焦的负荷。此外，可以用电加热器实现分开裂解。两个相邻的盘管组可以具有提供给每个组的不同电功率。
[0069]
具有电加热器的反应器中的流出物可以通过产生蒸汽来快速冷却。可以选择流出物出口温度以减少蒸汽产生同时也能够淬灭反应。流出物中的过量能量可用于预热高温进料混合物(例如，混合烃和稀释蒸汽进料)，使得可能不需要额外的加热器来预热进料。对于低温进料，可以使用已经产生的蒸汽。以这种方式，更高比例的供应电能可用于裂解工艺。
[0070]
方法
[0071]
在裂解工艺中，可以将进料混合物加热到某个温度水平(反应温度)以进行反应。在常规火焰加热器中，可以使用烟道气中的能量并且可以使用额外的能量来产生高压蒸汽。然而，在电加热器中，可以通过与反应流出物交换热能来预热进料。最小量的能量可用于电加热器反应器以产生高压蒸汽(当所有压缩机都是电动的时，其可用于回收部段或可用于再次产生电力或预热其他工艺流)。来自电加热器的流出物可被快速骤冷至足以减缓热解反应的水平。骤冷/出口温度可根据进料类型来决定。例如，当裂解乙烷时，出口温度可以为约700至750℃(例如，其中通过产生蒸汽将反应器流出物冷却至约700℃)。流出物的进一步冷却可以通过在管式交换器中与进料流(例如乙烷和稀释蒸汽)交换热量来实现。对于石脑油裂解器，出口温度可能在600℃-700℃之间的范围内，这高于使用火焰加热器时的出口温度。
[0072]
在一些实施例中，可以降低出口温度以产生更多蒸汽，蒸汽可用于反应器的其他区域。例如，对于乙烷，可选择350℃至450℃范围内的出口温度，以在反应器的传输线交换器(tle)部段中产生高压蒸汽。对于石脑油裂解，可选择350℃-525℃范围内的出口温度以产生蒸汽。根据本公开的实施例，相对较小的传输线交换器(高压交换器)可用于电加热器的高压蒸汽产生。当使用相对较小的tle时，可以使用线性交换器，并且可以合并流出物以进一步冷却。也可以使用常规交换器代替线性交换器。
[0073]
其他交换器(次级和/或三级)可以与本公开的电加热器一起使用，其中进料可以使用低压交换器与流出物交换。在火焰加热器中，在利用初级交换器产生蒸汽后，次级交换器可能仅用于一些进料(如乙烷和丙烷，它们具有较低的结垢倾向)。然而，利用根据本公开的实施例的电加热器，所有进料(气体和液体进料)都可以使用次级交换器。这些次级交换器可以与单个反应器一起安装以对应于电加热器，或者可以根据整体设备设计来安装以对应于每种类型的进料。
[0074]
例如，设备可以将乙烷和石脑油进料引导到多个常规火焰加热器，其中为了举例的目的，2个火焰加热器可以裂解乙烷，5个火焰加热器裂解石脑油，1个备用火焰加热器可以裂解其中任一种。在这样的实例中，每个乙烷火焰加热器可以具有一个次级tle，而石脑油(和备用)火焰加热器可以不具有任何次级tle。当将根据本公开的实施例的电加热器用于对比设备中的反应器时，所有乙烷电加热器可被分组，并且乙烷(任选地与稀释蒸汽)可以被送到一个或多个次级交换器，这些次级交换器将加热用于乙烷电加热器的乙烷(+稀释蒸汽)进料。所有石脑油电加热器可分组并可与石脑油(和任选的混合稀释蒸汽)进料进行热交换。次级交换器可以根据单个加热器(例如，许多小型交换器)或进料(例如，每种进料类型有几个大型交换器)进行布置。在一些实施例中，当基于单个加热器进行设计时，由于成本原因可能不提供备用次级交换器，而当基于进料进行设计时，可以提供备用次级交换器，因为单个备用次级交换器可以为整个设备提供服务。
[0075]
此外，使用本文公开的电加热器可以实现设计简化，其中在将来自设备中的所有初级tle(例如，用于乙烷裂解加热器或石脑油裂解加热器的高温(大于600℃)tle)的流出物合并之后，混合流出物可用于预热进料混合物。在这种情况下，总合并流出物可分成一个流或两个流或更多个流。一个流出物流可用于预热乙烷，而另一流出物流可用于预热石脑油进料。次级交换器也可以设计为在单个交换器中独立预热乙烷和石脑油进料。在这些条件下，提供备用的次级交换器可能不会显著增加成本，但可能会显著增加运行时间。目前只有初级tle可以与火焰加热器中的辐射盘管一起在线清洁，而次级交换器则采用机械清洗(时间较长，因此会造成生产损失)。通过提供备用次级交换器，增加了开工时间(其中流出物流可以继续被引导到需要的地方，同时可以清洁其他流线)。
[0076]
根据本公开的实施例的电加热器可用于不同类型的烃裂解工艺。例如，本文公开的电加热器可用于烯烃生产的热裂解工艺。此外，除了烯烃生产之外，如本文所述的电加热器可用于催化反应器，例如用于甲烷重整器或脱氢反应器如丙烷脱氢。
[0077]
可以将不同的烃进料供给到本公开的电加热器中用于裂解。例如，烃进料可包括c2、c3、c4、c5
……
直至渣油和全原油及其任何部分/馏分或混合物、凝析油和沸点曲线宽且终点高于500℃的烃。这样的烃混合物可能包括全原油、直馏原油、加氢处理的原油、瓦斯油、真空瓦斯油、加热油、喷气燃料、柴油、煤油、汽油、合成石脑油、残油重整油、费-托液体、
费-托气体、天然汽油、馏出物、直馏石脑油、天然气凝析油、常压管式蒸馏釜塔底产物、真空管式蒸馏釜流(包括塔底产物)、宽沸程石脑油至瓦斯油凝析油、来自炼油厂的重质非直馏烃流、真空瓦斯油、重瓦斯油、常压渣油、加氢裂解器蜡和费-托蜡等。在一些实施例中，烃混合物可包括从石脑油范围或更轻沸腾到真空瓦斯油范围或更重的烃。如果需要，可对这些进料进行预处理以在本文公开的工艺上游去除一部分硫、氮、金属和康拉逊残炭。
[0078]
图2示出了可用于使用根据本文公开的实施例的电加热器热裂解烃进料的工艺200的方框流程图。如图所示，稀释流214，例如蒸汽，可以添加到烃进料210并在交换器220中用流出物212预热。这可以在一个或多个交换器中进行。额外的预热可以在单独的加热器中完成，或可以与主电加热器组合。交换器和预热器可以专门为单个加热器设计，或可以通用设计以在整个设备中普遍工作。此外，交换器和加热器可以设计成一起工作，这可以在整体经济中考虑。
[0079]
一旦进料混合物216被预热到所需的入口温度，也称为跨越温度(txo)，预热的进料混合物216然后可以进入电加热器230。电加热器可以将进料混合物216过热到反应温度，并且裂解反应可以在电加热器230的盘管中进行(例如，在短停留时间(srt)盘管中)。可以通过控制阀(例如，高温阀)和文丘里管分配流向每个盘管的流量。可以通过调节电输入来操纵输入到电加热器230中的热量。
[0080]
在电加热器的反应部段中(在盘管中)，裂解的工艺性能可能与在常规火焰加热器中发生的反应相同。换句话说，在常规火焰加热器和根据本公开的实施例的电加热器的反应部段中，可以检测到工艺性能没有显著差异。因此，本公开的电加热器可具有提供与火焰加热器相同或相似水平的热裂解性能的反应部段。在一些实施例中，例如提供单个盘管的均匀圆周加热的实施例中，可以改善性能和选择性，并且可能部分地归因于与火焰加热相关联的热点的数量或温度的降低。
[0081]
根据电加热器的设计，可以修改盘管设计。例如，可以使用单程设计或多程串并联布置。在一些实施例中，电加热器中的盘管设计可以与火焰加热器中的盘管设计相同(例如，与lummus technology的炉中的盘管设计相同，包括srt-i、srt-ii、srt-iii、srt-v、srt-vi和srt-vii火焰加热器)。在一些实施例中，可以在单个电加热器中使用不同的盘管布置。例如，可以在单个电加热器的反应部段中布置和操作蛇形盘管和多程分体式设计盘管。
[0082]
可以通过监测电加热器230的输出物218的出口温度和调节输入电加热器230的热量来调节热裂解的加工深度。此外，电加热器230中的盘管的表面温度可以使用在火焰加热器中使用的装置和方法来测量和/或预测。例如，扫描红外相机、具有焦平面阵列探测器的高分辨率成像、热电偶和温度测量点的选择可用于监测电加热器盘管的表面温度，这可用于例如确定加热器中结焦、腐蚀、过平衡和欠平衡热负荷的第一阶段，以及预测盘管寿命。
[0083]
来自电加热器230的输出物218可以被引导到交换器(例如，tle)240，其中它可以在离开电加热器230的反应部段之后被快速冷却(骤冷)。可以完成对输出物218的骤冷以防止二次反应并稳定来自输出物的气体组成。与常规火焰加热器一起使用的相同类型的tle可以与本公开的电加热器230一起使用。例如，tle 240中的裂解气输出物218的冷却可通过高压锅炉给水(bfw)242的汽化来执行，其中bfw 242可被引入tle管周围以冷却裂解气输出物218并汽化以产生高压蒸汽244。当裂解液体进料时(例如，在处理重瓦斯油进料时)，可以
提供直接注入骤冷点以抑制快速结垢，当裂解气冷却到低于裂解气重馏分的露点时这可能在tle冷却管中发生。
[0084]
可以分析离开tle 240的流出物212并根据流出物的类型将其引导到不同路径用于不同用途。例如，流出物212可被加热并经历额外的裂解。在一些实施例中，可以对流出物进行加氢处理以降低烃混合物中氮、硫、金属和康拉逊残炭中的至少一种的含量。与用于组合流出物分析的常规火焰加热器一起使用的相同类型的设备和工艺可以与根据本公开的实施例的电加热器230一起使用。
[0085]
在一些实施例中，与使用常规火焰加热器时的tle出口温度相比，当使用本公开的电加热器时流出物可被冷却至相对较高的tle出口温度。例如，当使用常规火焰加热器时，通过从800℃至850℃的盘管出口温度冷却，可将流出物冷却至350℃至400℃(在裂解循环开始时)，产生高压蒸汽(例如115巴)。当需要最少的蒸汽时，例如当使用本公开的电加热器时，tle 240出口温度可增加至600℃至650℃。在较低的tle出口温度下，热裂解反应速率可能较低，这可能会使用较少的能量来预热进料。因此，较低的tle出口温度可以减少电加热器中的电力消耗，但也会减少蒸汽产量。可以针对不同的热裂解工艺确定最佳出口温度/蒸汽产量。下面考虑使用不同tle出口温度的实例以进行说明。
[0086]
当考虑最少蒸汽时，可以消除进料预热并在单独的加热器中将进料加热至反应温度。通常，在燃气加热器中，石脑油的加热器跨越温度为1100
°
f至1175
°
f(593℃至635℃)，乙烷的加热器跨越温度为1250
°
f至1300
°
f(677℃至704℃)。仅通过流出物加热无法实现这种程度的进料预热。通过将石脑油的跨越温度降低至900
°
f(482℃)，将乙烷的跨越温度降低至1000
°
f(538℃)，可能不需要单独的电预热器。不幸的是，为了降低跨越温度，可能会增加辐射盘管中的管表面温度并缩短运行长度。对于合理的运行长度，将需要更多的盘管。对于液体进料，很难取消电预热器。石脑油流出物不得冷却到低于350℃或300℃，因为其会凝结并使管线结垢。然而，乙烷流出物可被冷却至200℃，并且该焓可用于预热乙烷进料或乙烷/稀释蒸汽混合进料。这个过程可以使用次级tle来完成，其中次级tle可以与常规火焰加热器或电加热器一起使用。此外，常规除焦和进料切换可以与根据本公开的实施例的电加热器一起使用。例如，蒸汽可用于对本文公开的电加热器中的盘管进行除焦。
[0087]
不同于常规火焰加热器，根据本公开的实施例的电加热器不具有对流部段。在电加热器中，一组盘管，例如1至10或20个(或只要实际可行就尽可能多)可以形成电加热器。盘管和电加热器的尺寸可由除焦能力决定。
[0088]
在乙烯生产设备中可以使用一个或多个电加热器。乙烯生产设备可能具有远远超过1800kta的乙烯生产能力和大于1500kta的乙烯的平均乙烯生产能力。为了实现这种产量，设备中可能会使用多个电加热器(例如，六个或七个运行中的电加热器和一个备用电加热器)。设备中的每个电加热器都可以设计为优化乙烯产量。例如，对于能够生产1000kta(每年千吨)乙烯的设备，五组盘管加上一组备用盘管，每组形成电加热器(其中每组盘管/电加热器可具有200kta的尺寸)。作为另一个实例，一个2000kta的设备可包括五组盘管加上一组备用盘管，每组都形成电加热器(其中每个电加热器可能具有400kta的尺寸)。单个电加热器可以产生200kta或更多的乙烯，例如250kta至300kta之间。在一些实施例中，产生200kta乙烯的电加热器可具有65mw至130mw的电功率消耗。在一些实施例中，产生1800kta乙烯的电加热器可能消耗多达1170mw的总功率。
[0089]
取决于电加热系统(例如，电阻、感应和/或电容)，可以向每个盘管或每组盘管供应加热，并且该加热可以取决于例如电加热器制造商。例如，在一些实施例中，电加热器(例如，包含如加热器中那样布置的盘管的电加热器)可以具有公共管道以用于多个进料，例如，进料-1、进料-2等(例如，进料-1可能是石脑油，进料-2可能是液化石油气(lpg)，进料-3可能乙烷等)。可以在进行热解反应的电加热器外部预热进料。一组盘管和tle(产生蒸汽)可以形成根据本公开的实施例的电加热器并且可以被隔离用于除焦或维修。
[0090]
在火焰加热器中，大产能加热器可以使用双单元辐射箱设计，其中双单元辐射箱设计可以在公共对流部段中包括两个辐射单元。单单元设计的火焰加热器可用于构建200kta产能。由于电加热器不像常规火焰加热器那样具有对流部段，因此200kta乙烯产量可用作电加热器与火焰加热器比较的基础。然而，电加热器的乙烯产量可能小于或大于200kta(例如，在约170kta至400kta或更大的范围内)。本文提供了基于200kta乙烯的石脑油和乙烷裂解的电加热器设计实例。为简单起见，考虑了高加工深度的全范围石脑油和65％转化率的纯乙烷。此外，虽然在电加热器中可以使用不同的盘管布置(例如，lummus technology的srt-i、srt-ii、srt-iii、srt-v、srt-vi或srt-vii中使用的盘管布置或单程盘管布置)，使用与lummus technology的srt-vi火焰加热器中的盘管布置相匹配的盘管布置来介绍电加热器设计的实例，这是一种具有长运行长度的高选择性双程盘管。具有这种盘管布置的电加热器可用于石脑油和乙烷裂解以生产乙烯。可以使用25psia的标准盘管出口压力。0.1至1.5w/w的蒸汽与油之比(s/o)可用于各种进料；例如，石脑油裂解可使用0.5w/w，乙烷裂解可使用0.3w/w。电加热器可以运行至少45天。
[0091]
石脑油特性包括0.707的比重(sg)、91
°
f(33℃)的初沸点(ibp)、189的50v％、348
°
f(176℃)的终沸点(fbp)、74.6重量％链烷烃、16.65重量％环烷烃、8.75重量％芳烃，以及0.83的干扰噪声功率比(i/n比)。100％纯乙烷可用于在电加热器中热裂解乙烷。
[0092]
下面提供的表3给出了能够热裂解石脑油和乙烷以生产乙烯的电加热器的示例性设计和操作参数。案例1对应石脑油加热器设计，案例2对应乙烷加热器设计。
[0093]
表3.用于乙烯生产的电加热器设计
[0094][0095]
案例1a和2a对应于具有高跨越温度和低tle出口温度(以最大化蒸汽产量)的条件，其中所有的负荷可以由电加热器供应。这会产生最大量的蒸汽。案例1b和2b产生较少量的蒸汽。流出物中可用的热量可用于最大程度地预热进料。对于一些进料，无需使用单独的电加热器即可将反应混合物最大程度预热至跨越温度。在一些实施例中，单独的电加热器可用于过热蒸汽(至约500℃)。
[0096]
对于高跨越温度(或预热温度)，可减少辐射盘管表面积，这可能允许电加热器运行至少45天。例如，如案例1a和2a所示，具有以srt-vi配置布置的8个盘管的电加热器可实现200kta的产能。对于低跨越温度，可以使用更多的盘管来实现相同的产能。例如，在案例1a和案例2a中使用了8个盘管，在案例1b和2b中使用了9个盘管来实现相同的产能。当添加更多盘管时，可以使用还要更低的跨越温度，而无需为任何进料使用单独的电加热器。
[0097]
对于乙烷裂解，由于烃进料速率低(由于高乙烯产率)，传热系数低。为获得最大收
益，乙烷裂解可考虑采用略有不同的srt-vi设计。然而，无论针对a案例考虑何种盘管设计，b案例可类似地设计为比a案例多一个盘管。
[0098]
下面提供的表4给出了能够热裂解石脑油和乙烷的电加热器的设计和操作参数的另一个实例。
[0099]
表4.电加热器设计的其他实例
[0100][0101]
石脑油加热器可以比乙烷裂解加热器利用更多的功率。例如，石脑油加热器中单独的反应部段可能具有约70mw/加热器的最小功率消耗，而乙烷加热器的反应部段可能具有约52mw/加热器的最小功率消耗。当在裂解前进行预热时，所使用的总功率可能比单独反应部段的功率消耗多10％至20％。对于此计算，可以假定电加热器的效率为90％，但超过95％的效率也是可能的。例如，在电加热中，90％至98％的电能可用于反应。因此，可能几乎没有或没有回收未用于反应的热量。因为电加热器仅可供应刚好足以反应的量的能量，所以基本上没有过量或浪费的能量使用。
[0102]
此外，由于在本公开的电加热器中没有对流部段和燃烧器，所以本公开的电加热器可以布置成不同于常规火焰加热器布局。因此，与火焰加热器相比时，使用本公开的电加热器的反应器的绘制空间可以减少。
[0103]
电加热器可具有每吨乙烯2600kw至5200kw范围内的电力需求。当生产1800kta的乙烯时，电加热器可使用约580mw来热裂解乙烷，而在热裂解石脑油时可使用多达1170mw。额外的能量可用于使裂解工艺中使用的蒸汽过热和用于回收部段。例如，对于整个设备(包括电加热器、预热和回收组件)，约600mw的功率可用于乙烷裂解器，约1300mw的功率可用于石脑油裂解器。用于为电加热器(和/或用于预热和回收的支持组件)提供动力的能源可以是例如核能、水力、太阳能、风能或可再生方法。在一些实施例中，化石燃料可用于为电加热器设备产生电力。然而，使用化石燃料产生电力可能抵消使用电加热器的环境效益。此外，当在电加热器或其他地方使用过量电力时，所产生的过量热能可以转换回电力(例如，使用发电机)。
[0104]
电加热器在热裂解石脑油生产乙烯时的比能可为约5700kw/t(千瓦/吨)乙烯或更低，而在热裂解乙烷生产乙烯时可为约4200kw/t乙烯或更少。当加热器中不产生蒸汽时，可
能需要额外的能量来为回收部段供电。因此，根据本公开的实施例，包括预热组件、电加热器和回收组件在内的整个设备的用电量可以预先计划以考虑设备中可能使用的不同热裂解工艺和/或可能被热裂解的不同进料。
[0105]
根据本公开的实施例，设备设计还可以包括对启动条件的考虑。此外，规划还可以包括考虑因热裂解而发生的蒸汽的产生和消耗，例如，确定应该产生什么水平的蒸汽以将总能量消耗降低到低于一定量，以及通过与工艺流的热交换产生稀释蒸汽。例如，在设备完全电气化的情况下，外部蒸汽可以减少到最低限度，并且当设备配置得当时，可能会取消启动锅炉。可以在决定电加热器的电功率量之前确定完全蒸汽平衡。例如，稀释蒸汽可以过热，这样裂解加热器的能量平衡不会显著影响裂解加工深度。稀释蒸汽可以在其中进料裂解的同一个加热器中过热，或者稀释蒸汽可以在单独的加热器中过热。整体式或单独的稀释蒸汽过热器的选择可能取决于可用的能量。
[0106]
用于设计热裂解设备(包括用于热裂解进料的电加热器、回收部段和任选的预热部段)的方法可以包括确定热裂解设备产生的蒸汽量和消耗的蒸汽量，确定热裂解设备热裂解进料所使用的功率量，以及调节热裂解设备的至少一个参数以减少热裂解设备使用的功率量。可以被调节以改变热裂解设备所使用的能量的量的参数可以选自以下各项中的至少一种：降低电加热器的进料的跨越温度，将电加热器设计成具有至少一个额外的盘管以降低进料的跨越温度，提高回收部段的出口温度，减少回收部段消耗的蒸汽量，增加预热部段消耗的蒸汽量，以及上面讨论的其他项。
[0107]
使用电加热器进行热裂解可能需要比在其他行业(例如，用于铁矿石熔化)中使用电加热器时更多的热裂解功率。例如，虽然其他行业中的电加热器可能具有几千瓦数量级的最大功率消耗，但本文公开的用于裂解烃进料的电加热器的功率消耗可能在许多兆瓦数量级。因此，本公开的方法可包括设计热裂解设备以使用最少量的功率同时仍然能够热裂解选定的进料。在一些实施例中，电加热器可以模块化，这可以允许根据热裂解工艺和进料进行设计调节。在设计设备时，可以考虑其他分离技术，如吸附/吸收。当低温分离的替代方案可用时，小规模化学级烯烃对于这条路线可能非常有吸引力。
[0108]
与火焰加热器相比，电加热器可以在整个热裂解工艺运行中保持恒定的跨越温度。此外，与火焰加热器不同，电加热器可以针对从低到高的加工深度和从低到高的生产量保持恒定的跨越温度。
[0109]
此外，本公开的电加热器不产生烟道气，因此可仅包括辐射部段和流出物冷却部段。因此，电加热的效率可能比火焰加热的效率高得多，在火焰加热中通常有35％到45％的辐射负荷在气体燃料加热中被吸收。通过控制热损失(其中电加热器没有在气体燃料加热中被吸收的辐射负荷)，超过95％的用于产生热量的电能可以在这个过程中被吸收。因此，与火焰加热器相比，电加热器中的反应部段负荷可能相对较小。然而，在火焰加热器中产生的烟道气可用于将反应混合物预热至所需的反应入口温度(跨越温度，txo)，而电加热器没有用于预热的烟道气。包括预热烟道气在内的整体燃料效率(热效率)可为约94％。当使用火焰加热器时，即使将反应混合物从界区条件(battery limit condition)加热到反应条件，烟道气中仍有额外的能量可用。烟道气可用于产生和过热高压蒸汽，高压蒸汽可用于回收部段以驱动压缩机。虽然辐射效率低，但燃料能量的热力学利用率高得多。
[0110]
由于利用电加热没有烟道气，工艺中使用的大部分热量可用于反应。因此，工艺中
产生的蒸汽量可显著减少。蒸汽产生可用于裂解工艺，作为回收热量的一种方式(例如，在进入加热器的反应部段之前预热进料)，因此，当蒸汽产生减少时，可以使用其他加热选项来补偿减少的蒸汽量。例如，可以用第二电加热器对进料进行额外的预热。当整个热裂解设备(例如，包括一个或多个主反应加热器、一个或多个回收部段(例如，交换器)、一个或多个预热部段(例如，预热加热器)和/或后处理设备)使用电能时，可以更有效地完成对预热和反应加热的优化。例如，从一个工厂设备单元(例如，从主反应电加热器)产生的热可以再循环到另一个工厂设备单元(例如，到预热部段)。还可以对单个电加热器进行预热优化，其中来自反应器流出物的热能(高温)可用于预热进料和/或产生蒸汽。
[0111]
目前，与进料速率相比，乙烷裂解器可产生显著量的蒸汽(～2kg shp过热蒸汽/kg乙烷进料)。乙烷加热器也使用某种预热(次级tle)。对于使用电加热器的气体裂解，可以通过尽可能多地用流出物预热进料来减少电力需求。当使用电加热器时，可以进行一定程度的外部反应混合物预热，这可以通过额外的电加热来完成。在某些情况下，这可以包含在主反应加热器或单独的预热器中。电加热器的尺寸和/或成本可被视为电力需求的函数，以优化获得预热器能量的设计(例如，来自主反应加热器或单独的预热器)。
[0112]
通过电加热，加热速率可以是均匀的，并且可以通过操纵电输入来调节输入的热通量。最大金属温度可能出现在盘管端部附近。对于一些加热器设计，没有阴影因素。因此，电加热器中预期的最大管金属温度(tmt)可能比使用火焰加热器观察到的要低得多。这可以降低电加热器的成本。使用电加热器的其他益处可能包括，例如，控制理念、绘制空间模块化等。
[0113]
如本文所述，电加热器可提供优于常规火焰加热器的优点。例如，在电加热器中，可以只供应反应所需的负荷，同时只考虑较小的损失(而在火焰加热器中，大部分燃烧负荷可能在烟道气中损失)。此外，来自电加热器的反应器流出物可用于预热进料，从而减少供应给反应器的总负荷。与火焰加热器(其包括辐射部段和对流部段二者)相比时，电加热器也可能更紧凑。
[0114]
另外，电加热器可以提供比火焰加热器更受控的加热。例如，电加热可能比火焰加热器加热更均匀，并且与火焰加热器相比时，电加热器中的加热速率可以更好地控制。此外，可以选择性地控制电加热器中选定的盘管(例如，控制单个盘管或盘管组的加热)，从而可以更有选择性地生产烯烃。
[0115]
使用电加热器也可以改善安全性。大多数加热器事故发生在启动和关闭期间，通常是由于燃料安全标准处置不当造成的。由于电加热器可不使用燃料，因此可以消除或减少燃料类安全事故。此外，由于根据本文公开的实施例的电加热器的结构与常规加热器相比时可以得到简化，因此在高地震区和高风载荷下安全性可能不是那么重要(例如，由于结构高度低且不使用燃料)。
[0116]
虽然本公开包括有限数量的实施例，但是受益于本公开的本领域技术人员将理解可以设计出不脱离本公开的范围的其他实施例。因此，范围应仅由所附权利要求限制。

技术特征：
1.一种用于裂解烃进料的反应器，包括：加热器室，所述加热器室限定了所述加热器的反应部段；设置在所述加热器室内的多个电加热元件，其中所述电加热元件是电动的；从进料入口延伸通过所述反应部段的至少一个盘管；和初级交换器，所述初级交换器包括流体连接到所述至少一个盘管的入口和流出物出口。2.根据权利要求1所述的反应器，还包括次级交换器，所述次级交换器具有流体连接到所述初级交换器的所述流出物出口的入口。3.根据权利要求1或2所述的反应器，其中所述初级交换器还包括蒸汽出口和被引导到所述进料入口的蒸汽流动管线。4.根据权利要求1或2所述的反应器，还包括与所述反应部段隔开并且在所述进料入口下游的预热部段，其中所述预热部段包括至少一个交换器。5.根据权利要求1或2所述的反应器，其中所述进料入口流体连接到多个进料源。6.一种热裂解烃进料的方法，包括：将所述烃进料供给到电加热器的反应部段中的至少一个盘管中；使用电能将所述电加热器中的所述烃进料加热到反应温度；以及将来自所述电加热器的反应输出物引导到至少一个交换器以冷却所述反应输出物。7.根据权利要求6所述的方法，还包括使用所述至少一个交换器从所述反应输出物回收热量，以及在将所述烃进料供给到所述电加热器之前使用回收的热量预热所述烃进料。8.根据权利要求6或7所述的方法，还包括使用设置在所述电加热器中的所述至少一个盘管周围的多个电加热元件将所述至少一个盘管的不同部段选择性地加热至选定温度。9.根据权利要求6或7所述的方法，还包括将多种不同类型的进料供给到所述反应部段中的不同盘管并且从所述多种进料中共同分离所述反应输出物。10.根据权利要求6或7所述的方法，还包括将第二烃进料供给到所述电加热器中，所述第二烃进料具有与所述烃进料不同的组成。11.根据权利要求6或7所述的方法，还包括：使用阀隔离所述至少一个盘管中的一个；以及对隔离的盘管除焦。12.一种方法，包括：设计热裂解设备，所述热裂解设备包括：用于热裂解进料的电加热器；和回收部段；确定所述热裂解设备产生的蒸汽量和消耗的蒸汽量；确定所述热裂解设备热裂解所述进料所使用的功率量；以及调节所述热裂解设备的至少一个参数以减少所述热裂解设备所使用的功率量。13.根据权利要求12所述的方法，其中调节所述至少一个参数包括降低到所述电加热器的所述进料的跨越温度。14.根据权利要求13所述的方法，还包括将所述电加热器设计成具有至少一个附加盘管以降低所述进料的跨越温度。
15.根据权利要求12至14中任一项所述的方法，其中所述热裂解设备还包括预热部段，并且其中调节所述至少一个参数包括增加来自所述回收部段的出口温度，减少所述回收部段消耗的蒸汽量，以及增加所述预热部段消耗的蒸汽量。

技术总结
一种热裂解烃进料(105)的方法包括将烃进料(105)供给到电加热器(110)的反应部段(112)中的至少一个盘管(130)中，使用电能将电加热器(110)中的烃进料(105)加热到反应温度，以及将来自电加热器(110)的反应输出物引导到至少一个交换器(150)以冷却反应输出物。一个交换器(150)以冷却反应输出物。一个交换器(150)以冷却反应输出物。


技术研发人员：康达萨米
受保护的技术使用者：鲁姆斯科技有限责任公司
技术研发日：2021.11.02
技术公布日：2023/8/13