Применение возобновляемой энергии в синтезе олефинов Российский патент 2024 года по МПК C10G15/08 C07C5/02 C10G7/02 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее раскрытие относится к применению возобновляемой энергии в синтезе олефинов; более конкретно, настоящее раскрытие относится к электрификации установки синтеза олефинов; ещё конкретнее, настоящее раскрытие относится к снижению выбросов в окружающую среду, как например, диоксида углерода, за счёт уменьшения сжигания углеводородов (например, природного газа/ископаемых топлив) в качестве топлива на установке синтеза олефинов.

предшествующий уровень техники

Установки химического синтеза используют для получения разнообразных химических продуктов. Часто специально предназначенное для этого топливо сжигают или «подвергают сгоранию» с целью получения теплоты реакции для химического синтеза, энергии для нагревания одного или нескольких технологических потоков, энергии для испарения жидкостей (например, кипящей воды, используемой в качестве разбавителя), энергии для совершения работы (например, приведения в действие компрессора или насоса), или энергии для других технологических операций на всей установке химического синтеза. Такое сжигание или сгорание топлив приводит к образованию топочных газов, которые могут быть вредными для окружающей среды, а также к потере энергоэффективности процесса. Аналогичным образом, часто традиционно используют пар в качестве текучей среды для передачи тепла и/или энергии во всём объёме установок химического синтеза. Пар, используемый для переноса тепла и/или энергии, часто производят за счёт сгорания топлива, что приводит к образованию добавочного топочного газа и дополнительным потерям энергоэффективности в ходе химического синтеза. К тому же, применение материала, который в ином случае можно было бы использовать как реагент, для сгорания в качестве топлива также уменьшает количество желаемого химического продукта, производимого на установке химического синтеза из данного количества материала. Соответственно, существует потребность в усовершенствованных системах и способах химического синтеза, в результате использования которых уменьшается или исключается определённое количество топлив, особенно ископаемых топлив, сжигаемых для получения энергии. Желательно, чтобы такие системы и способы обеспечивали также повышение энергоэффективности и/или уменьшение выбросов, таких как выбросы парниковых газов (GHG), производимых установкой химического синтеза.

сущность изобретения

В настоящем документе раскрыта установка синтеза олефинов для получения низших олефинов, включающая в себя секцию предварительной обработки сырья, выполненную с возможностью осуществления предварительной обработки сырьевого потока; секцию пиролиза, содержащую один или несколько реакторов пиролиза, выполненную с возможностью осуществления крекинга углеводородов в сырьевом потоке в присутствии разбавителя для получения потока крекированного газа; секцию первичного фракционирования и сжатия, выполненную с возможностью обеспечения извлечения тепла из потока крекированного газа и его закалки, удаления топливного масла, сероводорода, диоксида углерода, воды, бензина пиролиза или их сочетания из потока крекированного газа и сжатия потока крекированного газа с получением таким образом сжатого потока крекированного газа; и/или секцию разделения продуктов, выполненную с возможностью выделения потока товарных олефинов из сжатого потока крекированного газа, при этом установка синтеза олефинов выполнена таким образом, что, в сопоставлении с традиционной установкой синтеза олефинов, большее количество энергии и/или полезной энергии, требуемой для установки синтеза олефинов, секции предварительной обработки сырья, секции пиролиза, секции первичного фракционирования и сжатия, секции разделения продуктов или их сочетания, обеспечивается за счёт источника неуглеродной энергии, источника возобновляемой энергии и/или электрической энергии.

В настоящем документе также раскрыта установка синтеза олефинов для получения низших олефинов, включающая секцию предварительной обработки сырья, выполненную с возможностью осуществления предварительной обработки сырьевого потока; секцию пиролиза, содержащую один или несколько реакторов пиролиза, выполненную с возможностью осуществления крекинга углеводородов в сырьевом потоке в присутствии разбавителя для получения потока крекированного газа; секцию первичного фракционирования и сжатия, выполненную с возможностью извлечения тепла из потока крекированного газа и его закалки, удаления топливного масла, сероводорода, диоксида углерода, воды, бензина пиролиза или их сочетания из потока крекированного газа и сжатия потока крекированного газа с получением таким образом сжатого потока крекированного газа; и/или секцию разделения продуктов, выполненную с возможностью выделения потока товарных олефинов из сжатого потока крекированного газа, при этом установка синтеза олефинов выполнена таким образом, что большая часть технологической энергии и/или полезной технологической энергии, требуемой для установки синтеза олефинов, секции предварительной обработки сырья, секции пиролиза, секции первичного фракционирования, секции разделения продуктов или их сочетания, обеспечивается за счёт электрической энергии.

Краткое описание чертежей

Для более полного понимания настоящего раскрытия и его преимуществ здесь приводится отсылка к следующему далее краткому изложению, приведённому во взаимосвязи с сопроводительными чертежами и подробным описанием, в которых аналогичные номера позиций представляют аналогичные части.

На фиг. 1 показана концептуальная схема типичного химического процесса предшествующего уровня техники;

На фиг. 2 показана концептуальная схема химического процесса, питаемого возобновляемой энергией, соответствующего вариантам осуществления данного раскрытия;

На фиг. 3 представлена блок-схема обобщённой установки парового крекинга или процесса I согласно вариантам осуществления данного раскрытия;

На фиг. 4 показана блок-схема приведённой в качестве примера установки парового крекинга или процесса II согласно вариантам осуществления данного раскрытия;

На фиг. 5 представлены рабочие параметры работающей традиционным способом установки III синтеза олефинов, использованной в сравнительном примере 1;

На фиг. 6 приведены рабочие параметры установки IV синтеза олефинов, электрифицированной согласно варианту осуществления настоящего раскрытия и представленной в примере 1;

На фиг. 7 приведены рабочие параметры установки V синтеза олефинов, электрифицированной согласно варианту осуществления настоящего раскрытия и представленной в примере 2;

На фиг. 8 приведены рабочие параметры установки VI синтеза олефинов, электрифицированной согласно варианту осуществления настоящего раскрытия и представленной в примере 3 и

На фиг. 9 приведены рабочие параметры установки VII синтеза олефинов, электрифицированной согласно варианту осуществления настоящего раскрытия и представленной в примерах 4 и 5.

Подробное описание

Для начала следует понимать, что хотя ниже приведено иллюстративное воплощение одного или нескольких вариантов осуществления изобретения, раскрытые композиции, способы и/или продукты могут быть реализованы с использованием любого количества технологий, известных в настоящее время или еще не существующих. Данное раскрытие никоим образом не должно ограничиваться иллюстративными воплощениями, чертежами и технологиями, отображёнными ниже в настоящем документе, включая приведённые в качестве примеров конструктивные исполнения и варианты воплощения, проиллюстрированные и описанные в настоящем документе, и его можно модифицировать в пределах объёма прилагаемой формулы изобретения вместе с её полным объёмом эквивалентов.

Хотя подразумевается, что следующие ниже термины хорошо понятны квалифицированному специалисту в данной области техники, следующие далее определения излагаются для упрощения объяснения раскрываемого настоящим объекта изобретения. Если не указано иного, все технические и научные термины, употребляемые в настоящем документе, имеют то же значение, что и обычно понимаемое квалифицированным специалистом в данной области техники, к которой относится раскрываемый настоящим объект изобретения.

Употребляемый в настоящем документе термин «непостоянный источник энергии» или «IES» представляет собой любой источник энергии, который не является постоянно доступным для преобразования в электричество и для внешнего прямого контроля, поскольку потребляемая энергия не может храниться или является экономически нежелательной. Доступность непостоянного источника энергии может быть предсказуемой или непредсказуемой. Непостоянный источник возобновляемой энергии представляет собой непостоянный источник энергии, который является также источником возобновляемой энергии, как описано ниже в настоящем документе. Термин «непостоянная электрическая энергия» относится к электрической энергии, получаемой из IES.

Употребляемый в настоящем документе термин «возобновляемая энергия» и «энергия неископаемого топлива (E_NF)» включает в себя энергию, полученную из устойчивого источника энергии, который быстро пополняется за счёт непрерывного природного процесса и ядерной энергии. Соответственно, термины «возобновляемая энергия» и «энергия неископаемого топлива (E_NF)» относятся к энергии, полученной из источника энергии на основе неископаемых топлив (например, энергии, производимой не за счёт сгорания ископаемого топлива, такого как уголь или природный газ), тогда как «невозобновляемая энергия» или «энергия ископаемого топлива (E_F)» является энергией, получаемой из источника энергии на основе ископаемого топлива (например, энергии, производимой за счёт сгорания ископаемого топлива). Ископаемые топлива представляют собой природные топлива, такие как уголь или газ, образовавшиеся в геологическом прошлом из остатков живых организмов. Соответственно, употребляемый в настоящем документе термин «возобновляемая энергия» и «энергия неископаемого топлива (E_NF)» включает в себя, без ограничения, энергию ветра, солнечную энергию, энергию движения потока воды или биомассы, которая не исчерпывается при использовании, в противоположность «невозобновляемой» энергии из такого источника, как ископаемые топлива, который истощается при использовании. Таким образом, возобновляемая энергия исключает энергию ископаемого топлива (E_F) и включает в себя биотоплива.

Употребляемый в настоящем документе термин «неуглеродная энергия (E_NC)» представляет энергию, полученную из источника неуглеродной энергии» (например, энергию, производимую не за счёт сгорания углеродного топлива, такого как углеводород), тогда как углеродная энергия (E_C) является энергией из углеродного источника энергии (например, энергией, производимой посредством сгорания углеродного топлива, такого как углеводород). Ядерная энергия считается в настоящем документе возобновляемой энергией неископаемого топлива (E_NF) и неуглеродной энергией (E_NC). Таким образом, углеродная энергия (E_C) может быть возобновляемой (например, на основе неископаемого топлива) или невозобновляемой (например, на основе ископаемого топлива). Например, разнообразные углеродные биотоплива считаются в настоящем документе источниками возобновляемой углеродной энергии.

Употребляемый в настоящем документе термин «возобновляемая электрическая энергия» указывает на электрическую энергию, получаемую из источника возобновляемой энергии, тогда как «невозобновляемая электрическая энергия» является электрической энергией, получаемой из источника невозобновляемой энергии. Употребляемый в настоящем документе термин «неуглеродная электроэнергия» указывает на электрическую энергию, получаемую из источника неуглеродной энергии, тогда как «углеродная электроэнергия» является электрической энергией, получаемой из углеродного источника энергии.

Например, в вариантах осуществления возобновляемую электрическую энергию и/или тепло во всей раскрытой в настоящем документе установке синтеза олефинов можно получать за счёт сгорания возобновляемых углеводородов, которые поступают из возобновляемых (например, биологических) источников. Например, в вариантах осуществления возобновляемую электрическую энергию можно получать посредством сжигания источника энергии E_NF/E_C, содержащего метан, полученный в реакторе расщепления, питаемом сельскохозяйственными отходами. Аналогичным образом, в вариантах осуществления в качестве топлива можно использовать источник энергии E_NF/E_C, содержащий синтез-газ, полученный при использовании углеродсодержащих отходов с коротким циклом обработки (например, сожжённых для получения возобновляемой электрической энергии и/или тепла). Желательно, чтобы диоксид углерода, образующийся в результате такого сгорания, снова улавливался (например, посредством выращивания новой культуры).

Употребляемый в настоящем документе термин «внешнее» сгорание топлива относится к сгоранию топлива вне реактора, например, в печи. Сгорание как часть первичной реакции (например, сгорание, которое имеет место наряду с риформингом в ходе автотермического риформинга (АТР)) не будет считаться «внешним» сгоранием. Используемое в настоящем документе «специально предназначенное» топливо является топливом или частью сырьевого потока, вводимыми только для привнесения энергетического потенциала (например, теплоты сгорания) и не превращается в продукт.

Употребляемый в настоящем документе термин «пар-теплоноситель (S_HT)» указывает на пар, производимый исключительно или главным образом как среда для переноса энергии или тепла (например, пар, не используемый в качестве разбавителя и/или реагента).

Употребляемый в настоящем документе термин подвод или отвод полезного тепла относится к подводу или отводу тепла, которые в результате образуют основной расход энергии, например, к подводу или отводу тепла, подаваемого не из другой секции или потока установки, например, подаваемого не путём теплообмена с другим технологическим потоком. Аналогичным образом, термин «полезная» энергия относится к энергии, которая в результате образует основной расход энергии, например, к энергии, подаваемой не из другой секции или потока установки, например, тепловой энергии, подаваемой не путём теплообмена с другим технологическим потоком.

Употребляемый в настоящем документе термин «питание энергией» указывает на снабжение механической и/или электрической энергией.

Употребляемый в настоящем документе термин «нагревание» указывает на снабжение тепловой энергией. Употребляемый в настоящем документе термин «охлаждение» указывает на отвод тепловой энергии от элемента. Употребляемый в настоящем документе термин «прямое» нагревание или охлаждение относится к нагреванию или охлаждению без использования теплоносителя/текучей среды; «непрямое» нагревание или охлаждение относится к нагреванию или охлаждению через посредство теплоносителя/текучей среды.

Употребляемый в настоящем документе термин «наибольшая часть» или «большинство» указывает на количество больше 50% или больше половины.

Употребляемый в настоящем документе термин «желаемый» параметр (например, желаемая температура) может относиться к заданному или целевому значению параметра, например, такому заданному значению, как установленное значение, используемое для контроля процесса.

Количество потребляемой электрической энергии: ссылки на расход электрической энергии могут относиться к скорости, с которой потребляется электрическая энергия (например, в МВт), измеренной в конкретном местоположении. Например, скорость можно рассчитывать на границе каждой электрифицированной печи или на общей границе с установкой синтеза олефинов. Указанный расчёт может учитывать всю электрическую энергию, потребляемую в пределах данного местоположения.

Топочный газ: смесь газов, которая может образовываться в результате сжигания топлива или других материалов на электростанции и/или промышленной установке, где смесь газов можно извлекать посредством трубопроводов.

Рекуперация тепла топочного газа: рекуперация тепла топочного газа может относиться к извлечению полезной тепловой энергии из горячих топочных газов, например, путём пропускания упомянутого горячего топочного газа через один или несколько теплообменников для повышения температуры более холодной технологической текучей среды и/или изменения фазы указанной текучей среды (например, кипения воды для возникновения пара). Любую энергию, остающуюся в топочном газе после какого-либо извлечения тепла топочного газа, можно называть потерей (энергии) с топочным газом. Секция извлечения тепла топочного газа может представлять оборудование и соответствующее местоположение указанного оборудования, используемого для извлечения тепла топочного газа. Отсутствие секции извлечения тепла топочного газа может означать, что не имеется оборудования или зоны, где извлекается тепло из горячих топочных газов.

Конвекционная камера: конвекционная камера может представлять собой часть печи (например, печи парового крекинга или печи риформинга), где тепло извлекается из горячих топочных газов путём конвективной теплопередачи. Отсутствие конвекционной камеры может означать, что не имеется оборудования или зоны, где тепло извлекается из горячих топочных газов путём конвективной теплопередачи.

«Без использования пара» или «по существу без использования пара»: термин «без использования пара» может относиться к процессу, в котором пар не используется для переноса энергии от одной технологической операции к другой или для привнесения энергии в процесс извне. Термин «по существу без использования пара» может означать, что применение пара для переноса энергии от одной технологической операции к другой или для привнесения энергии в процесс извне сведено к минимуму таким образом, что сумма всех переносов энергии с использованием пара достигает приблизительно менее 10%, приблизительно менее 20% или приблизительно менее 30% от количества подаваемой полезной энергии. Пар, используемый в качестве реагента, разбавителя, получаемый как продукт или непосредственно смешиваемый с технологическим потоком, можно называть «технологическим паром», и он не включается в данное определение.

Основная среда для переноса энергии: основная среда для переноса энергии может представлять собой вещество, которое используют для перемещения энергии в форме тепловой энергии от одной технологической операции к другой или для привнесения энергии в процесс. Отметим, что вещество может служить в процессе для нескольких целей, как например, действуя в качестве реагента или разбавителя реакции, при этом действуя и как среда для переноса тепла от одной технологической операции к другой. В таких случаях использование пара как реагента или разбавителя можно считать первичным, а эффект перенесения также и тепла можно считать вторичным.

Резистивный нагрев: резистивный нагрев может являться нагреванием посредством пропускания электрического тока через резистивные блоки.

Индуктивный нагрев: индукционный нагрев может представлять собой процесс нагревания электропроводного объекта (обычно металла) посредством электромагнитной индукции.

Радиантный нагрев: радиантный нагрев может представлять собой процесс нагревания объекта при помощи излучения от одного или нескольких более горячих объектов.

Внешнее сгорание: Внешнее сгорание может означать сжигание топлива для выделения тепла и передачи указанного тепла к технологической текучей среде через поверхность (например, стенку трубы) таким образом, что продукты сгорания не смешиваются с технологической текучей средой.

Термоэлектрическое устройство: термоэлектрическое устройство может представлять собой устройство для прямого преобразования разностей температур в электрическое напряжение (или наоборот) посредством термопары.

Изотермическая операция: изотермические операции могут быть операциями при постоянной температуре. Изотермическая операция может поддерживать температуру в пределах от 0,5%; 1%, 2%, 3%, 4%, 5% до 10% от заданной рабочей температуры.

Конвективная теплопередача: Конвективная теплопередача может представлять собой перемещение тепла из одного места в другое путём перемещения текучей среды или текучих сред.

Хотя большинство приведённых выше определений по существу понятно специалистам в данной области техники, одно или несколько из представленных выше определений могут быть изложены выше в настоящем документе образом, отличающимся от значения, обычно воспринимаемого специалистами в данной области техники, что обусловлено конкретным описанием раскрываемого настоящим объекта изобретения в данном документе.

На фиг. 1 показана концептуальная схема типичного традиционного химического процесса. Целью данного процесса является превращение сырья A в продукт B, хотя часто образуются также и некоторые побочные продукты (указанные как поток C).

Элементарные операции, используемые для осуществления указанного превращения, требуют значительных количеств энергии. Обычно указанная энергия подаётся, прежде всего, за счёт сжигания топлива, часто природного газа, с целью выделения тепла, обозначенного на фиг. 1 как ΔH_c (например, теплоты сгорания). Это приводит к нежелательному образованию и выбросу диоксида углерода (CO₂). Дополнительная энергия может подаваться за счёт теплоты реакции, ΔHr, если реакция является экзотермической; если реакция является эндотермической, потребуется добавить дополнительное количество энергии, равное ΔH_r. На общий энергетический баланс также можно оказывать влияние в случае, если некоторые побочные продукты сжигают для производства энергии, указанной как ΔH_bp. Однако многие химические процессы, даже включающие в себя экзотермические реакции, являются потребителями полезной энергии и, таким образом, требуют внешнего источника энергии (как правило, привносимого углеводородным топливом (топливами)) для обеспечения полезной энергии процесса.

Электрическая энергия обычно представляет собой лишь небольшую внешнюю мощность, подводимую в большинство химических производственных процессов. Внутренние потребности в электричестве, как например, для освещения или контроля, обычно так малы, что являются незначительными, и в упомянутых нескольких процессах, которые требуют больших количеств электрической энергии, например, в электрохимических реакторах (например, в хлоро-щелочном процессе получения хлора (Cl₂) и гидроксида натрия (NaOH)), указанная электрическая энергия обычно генерируется в границах установки за счёт сгорания углеводородов, и, даже в случае, когда она не вырабатывается в пределах границ установки, если электрическую энергию получают за счёт сгорания углеводородов, а не возобновляемым путём, такое использование электрической энергии по показателям энергоэффективности и выбросов CO₂ эквивалентно производству электрической энергии на месте через посредство сгорания углеводородов.

В рамках большинства процессов химического производства потребление энергии можно удобно разделить на три основные категории. В первой такой широкой категории, называемой в настоящем документе первой категорией C1, тепло подают непосредственно в виде тепловой энергии, полученной в результате сгорания топлива (например, природного газа/ископаемых топлив) в печи. (Употребляемый в настоящем документе термин «непосредственно» указывает на отсутствие промежуточной среды теплоносителя, такой как пар.) Упомянутые печи часто работают при высокой температуре и требуют значительных тепловых потоков. Энергоэффективность таких печей ограничивается потерями тепла с печным топочным газом. Даже там, где указанные потери тепла сведены к минимуму путём охлаждения топочного газа для рекуперации энергии, например, с целью выработки пара или обеспечения технологического нагревания, степень превращения химической энергии, содержащейся в топливе, в применимую тепловую энергию, как правило, не превышает величины от 85 до 90%, даже при существенных капиталовложениях, а также ухудшении схемного решения и эксплуатационной гибкости.

Вторая широкая категория потребления энергии в химических процессах, называемая в настоящем документе второй категорией C2, включает в себя нагревание различных химических потоков, прежде всего, либо для повышения их температуры до желаемой температуры реакции, либо с целью подачи энергии для осуществления операций разделения, чаще всего, дистилляции. Хотя некоторая часть упомянутого тепла может быть получена путём обмена с другими химическими потоками, чаще всего его подают либо при помощи пара, вырабатываемого непосредственно за счёт сгорания углеводородных топлив (например, природного газа/ископаемых топлив), либо путём теплопереноса от топочного газа, выходящего из высокотемпературных печей (например, из категории C1). Наиболее современные химические процессы включают в себя относительно сложную паровую систему (или другую систему для текучей среды теплоносителя, которая в общем случае для простоты будет называться в настоящем документе паровой системой переноса тепла) для перемещения энергии с того места, где она находится в избытке, к тому, где она требуется. Указанная паровая система может заключать в себе множественные уровни давления пара для подачи тепла при различных температурах, а также систему извлечения пара и конденсата, и она подвергается коррозии, загрязнению и другим эксплуатационным осложнениям, в том числе водной обработке и отведению загрязнённого конденсата. Доля энергии, содержащейся в паре, которую можно использовать для нагрева технологических потоков, как правило, ограничена величиной от 90 до 95% сдерживающими факторами практического характера по теплопереносу, конденсации пара и циркуляции воды в котлах. Если пар выработан специально предназначенным для этого внешним котлом, по большей мере, от 80 до 85% химической энергии, содержащейся в топливе, будет использовано в форме тепла в химическом процессе, поскольку дополняющие 10 - 15% или больше будут потеряны с топочным газом, как в первой категории C1.

Третья основная категория потребления энергии в химических процессах, называемая в настоящем документе третьей категорией C3, представляет энергию, используемую для выполнения механической работы. Указанная работа используется, прежде всего, для создания давления и перемещения текучих сред из одного места в другое, а также для приведения в движение вращательного оборудования, такого как насосы, компрессоры и вентиляторы. Упомянутая третья категория C3 также включает в себя холодильное оборудование, поскольку его приводят в действие, главным образом, за счёт сжатия. В большинстве химических мощностей энергия для совершения указанной работы поставляется посредством пара, полученного либо в результате переноса тепла горячими технологическими потоками, переноса тепла частично охлаждёнными потоками топочных газов, выходящих из печи (например, в конвекционной камере), в категории C1, либо непосредственно в результате сгорания углеводородов (например, природного газа/ископаемых топлив) в специально предназначенном для этого внешнем котле. Вследствие ограничений по превращению тепловой энергии в механическую работу, энергоэффективность указанных вариантов применения относительно химической энергии, содержащейся в углеводородах, используемых в качестве топлива, является низкой, как правило, лишь только от 25 до 40%.

Неожиданно было обнаружено, что использование электрической энергии (например, возобновляемой и/или невозобновляемой электрической энергии) для замены энергии, получаемой из углеводородного топлива в химическом процессе, может усовершенствовать процесс за счёт повышения общей энергоэффективности при одновременном уменьшении выбросов диоксида углерода. В некоторых случаях использование электрической энергии (например, возобновляемой и/или невозобновляемой электрической энергии) для замены энергии, получаемой из углеводородного топлива в химическом процессе, также может улучшать надёжность и работоспособность, уменьшать выбросы, например, NOx, SOx, CO и/или летучих органических соединений, и/или снижать производственные затраты (например, если доступна дешёвая электрическая энергия).

Согласно вариантам осуществления данного раскрытия тепло, обычно подаваемое в форме тепловой энергии, выделяющейся в результате сгорания топлива (например, природного газа/ископаемых топлив) в печи и/или другого нагревания в первой категории C1, заменено электрическим нагреванием. Электронагрев, электрическое нагревание, генерирование тепла при помощи электричества, электрическое нагревательное устройство и тому подобное относится к превращению электрической энергии в тепловую энергию, доступную для применения в отношении текучей среды. Такое электрическое нагревание включает в себя, без ограничения, нагревание при помощи полного сопротивления (например, там, где электрическая энергия протекает по трубопроводу, несущему в себе текучую среду, подлежащую нагреванию), нагревание при помощи омического нагрева, плазмы, электрической дуги, радиочастоты (РЧ), инфракрасных (ИК), УФ и/или микроволн, нагревание в результате прохождения через резистивно нагреваемый элемент, нагревание за счёт излучения от электрообогреваемого элемента, нагревание за счёт индукции (например, колебательного магнитного поля), нагревание механическим устройством (например, при помощи сжатия), приводимым в действие электрической энергией, нагревание при помощи теплового насоса, нагревание путём пропускания относительно горячего инертного газа или другой среды по трубам, заключающим в себе текучую среду, подлежащую нагреванию, при этом горячий инертный газ или другая среда нагреваются с использованием электрической энергии, или нагревание под действием определённого сочетания указанных способов, либо тому подобное.

Согласно вариантам осуществления данного раскрытия использование пара (или другой текучей среды теплоносителя), находящееся во второй категории C2, исключается и/или любой пар (или другая текучая среда), используемый только как промежуточная среда теплоносителя, производят или нагревают при помощи электричества (например, путём электронагрева воды).

Согласно вариантам осуществления данного раскрытия традиционное вращательное оборудование (например, паровые турбины), используемое в третьей категории C3, заменено устройством с электрическим приводом. Согласно вариантам осуществления данного раскрытия, отвод тепла в третьей категории C3 заменён отводом тепла с использованием электрического питания, например, охлаждением и/или остужением. Электрическое охлаждение, электрические холодильники, отведение тепла при помощи электричества, устройство для электрического охлаждения или остужения и тому подобное относится к отводу тепловой энергии от текучей среды. Такое электрическое охлаждение включает в себя, без ограничения, охлаждение при помощи устройства с электропитанием. Например, и без ограничения, электрическое охлаждение можно обеспечивать путём снабжения холодильного цикла электрической энергией, при этом хладагент подвергают сжатию при помощи компрессора с электропитанием. В качестве другого примера, электрическое охлаждение можно обеспечивать путём подачи питания на охлаждающий вентилятор, который продувает воздух, при этом воздух охлаждает технологическую текучую среду или элемент. В вариантах осуществления электрическое нагревание и охлаждение можно выполнять при помощи любого источника электрической энергии.

Фиг. 2 является схемой химического процесса, питаемого возобновляемой энергией, согласно вариантам осуществления настоящего раскрытия. Как показано на фиг. 2, процесс, приводимый в действие возобновляемой энергией, в вариантах осуществления может оказываться аналогичным традиционному химическому процессу. Однако часть, большую часть или в некоторых случаях по существу весь объём поступления энергии, подаваемой за счёт топлива, можно заменять возобновляемой энергией и/или возобновляемой электрической энергией. Такая замена подачи топлива неуглеродной энергией, возобновляемой энергией и/или возобновляемой электрической энергией в вариантах осуществления позволит значительно уменьшить выбросы CO₂. В вариантах осуществления можно использовать любую доступную форму возобновляемой энергии. Однако наибольшие выигрыши могут достигаться при использовании возобновляемой электрической энергии. Возобновляемую энергию можно получать, например, и без ограничения, из солнечной энергии, энергии ветра или гидроэлектрической энергии. На химических установках, соответствующих вариантам осуществления данного раскрытия, также можно применять и другие типы возобновляемой энергии. Например, в вариантах осуществления можно использовать концентрированную солнечную энергию, геотермальную энергию и/или применение прямого солнечного нагревания для подачи тепловой энергии и уменьшения выбросов CO₂.

Одним из главных преимуществ подачи требуемой энергии в виде (например, возобновляемой) электрической энергии может являться повышение энергоэффективности процесса. В таблице 1 показана энергоэффективность элементарных операций, представляющих собой примеры трёх категорий использования энергии на химической установке, описанных выше как C1, C2 и C3. Из таблицы 1 можно видеть, что эффективность каждой из трёх категорий потребления энергии выше при использовании электрической энергии. Выигрыш может быть наибольшим в том случае, когда паровые приводы вращательного оборудования заменяют, согласно вариантам осуществления настоящего раскрытия, электрическими двигателями (как в третьей категории C3, обсуждаемой выше в настоящем документе), которые могут работать не менее чем с тройной энергоэффективностью паровых приводов. Указанные приращения реализуются только тогда, когда электрическая энергия получена из возобновляемых неуглеродных источников, поскольку выработка электрической энергии в результате сгорания углеродного топлива является энергоэффективной только на 30 - 45%. Приросты энергоэффективности при использовании возобновляемой электрической энергии для нагревательных вариантов применения (как в первой категории C1 и второй категории C2, обсуждаемых выше в настоящем документе) являются меньшими, но всё же значительными. Полезный результат заключается в том, что будет потребляться меньшее количество суммарной энергии в случае использования возобновляемой энергии вместо углеродных топлив (например, природного газа или других углеводородов).

Согласно настоящему раскрытию, можно использовать неуглеродную энергию, возобновляемую энергию и/или электрическую энергию (например, из возобновляемых и/или невозобновляемых источников), а не традиционные источники энергии, имеющиеся в категориях C1, C2 и/или C3, описанные выше в настоящем документе. В вариантах осуществления для большинства или по существу для всех средств обеспечения энергией используют электрификацию. В вариантах осуществления электрификацию используют для большинства или по существу для всех элементарных операций. В вариантах осуществления электрификацию используют для большинства или по существу для всех средств обеспечения энергией и элементарных операций. В вариантах осуществления электрификацию используют для большинства или по существу для всех технологических приложений, двигателей, для охлаждения и/или нагревания (например, для тепловых насосов с электрическим приводом, остужения, электрического нагревания), излучения, для систем хранения или их сочетания.

В вариантах осуществления источник неуглеродной и/или возобновляемой энергии заключает в себе энергию ветра, солнечную, геотермальную, гидроэлектрическую, ядерную, приливную, волновую энергию, энергию температурного градиента океана, ограниченный давлением осмос или их сочетание. В вариантах осуществления источник неуглеродной энергии содержит водород. В вариантах осуществления электрическая энергия для электрификации, как описано в настоящем документе, произведена из такого источника возобновляемой и/или неуглеродной энергии. В вариантах осуществления некоторая часть или вся электрическая энергия поступает из невозобновляемого и/или углеродного источника, такого как, без ограничения, сгорание углеводородов (например, возобновляемых или невозобновляемых углеводородов), угля или водорода, полученного из углеводородов (например, возобновляемых или невозобновляемых углеводородов).

Основная часть CO₂, выбрасываемого из большинства химических установок, является результатом сгорания ископаемых топлив с целью получения энергии для установки. Дополнительный полезный эффект от использования возобновляемой энергии в химическом синтезе в соответствии с вариантами осуществления настоящего раскрытия состоит в том, что количество выбрасываемых парниковых газов значительно (например, по меньшей мере, на 5, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90 или 100% или больше) уменьшится, по отношению к эквивалентной традиционной установке химического синтеза или способу, в котором могут сжигаться углеводороды и/или ископаемое топливо (топлива). Сжигание углеводородов (например, природного газа, метана) для выработки энергии приводит к образованию диоксида углерода (CO₂); его образование можно уменьшить или исключить путём использования возобновляемой энергии согласно вариантам осуществления данного раскрытия. В вариантах осуществления настоящего раскрытия количество CO₂, получаемого на тонну произведённого продукта, снижается до величины, равной примерно 1,6; 1,5; 1,4; 1,3; 1,2; 1,1; 1,0; 0,75; 0,50; 0,30; 0,25; 0,20; 0,10; 0,05 или 0 тонн CO₂ или меньше на тонну химического продукта (например, олефина (олефинов)). Кроме того, в вариантах осуществления данного раскрытия применение возобновляемой энергии высвобождает указанные углеводороды (например, природный газ, метан), обычно сжигаeмые как топливо, для использования в качестве источника химического сырья (например, для получения метанола), который имеет более высокую потребительскую стоимость.

Применение возобновляемой электрической энергии в производстве химических продуктов также может приводить к эксплуатационным преимуществам. Например, в вариантах осуществления электрическую энергию можно использовать для обеспечения более точного и настраиваемого подвода тепла, например, для контролирования температурного профиля вдоль реактора или изменения температуры конкретных тарелок в дистилляционной колонне. В вариантах осуществления применение электрического нагревания в реакционной секции (например, в реакционной секции пиролиза) приводит к более эффективно контролируемому и/или более быстрому удалению кокса. Без ограничения, другие примеры включают в себя использование холодильных установок с электропитанием для повышения эффективности операций разделения и замену неэффективных резервных котлов газопламенного нагрева быстродействующими электронагревателями и парогенераторами по требованию, а также для других вариантов применения средств обеспечения энергией. Использование электрической энергии также может создавать возможность достижения значительных эксплуатационных преимуществ при запуске или остановке работы или формировании отклика на изменчивость процесса. В общем случае электрическую энергию как источник энергии можно применять в конкретных местоположениях, а также в точных и настраиваемых количествах с быстрым откликом на технологические изменения, что приводит к получению разнообразных преимуществ по сравнению с использованием тепловой энергии/энергии сгорания.

Применение возобновляемой электрической энергии в соответствии с вариантами осуществления настоящего раскрытия также может повышать энергоэффективность вспомогательных систем, которые поставляют энергию на несколько химических установок (например, установку синтеза олефинов и расположенную рядом установку синтеза аммиака или установку синтеза олефинов и расположенную рядом установку синтеза метанола). Например, если компрессоры в узле разделения воздуха, который подаёт кислород и азот в несколько различных производственных мощностей, питаются возобновляемой электрической энергией, могут достигаться значительные выигрыши в энергии по отношению к подаче указанной энергии с паром, получаемым в результате сгорания природного газа.

В вариантах осуществления можно выполнять извлечение энергии через посредство высокотемпературных тепловых насосов или повторного сжатия паров. Установка может дополнительно включать в себя ёмкость для хранения тепла и/или энергии, например, с целью использования в случае применения непостоянного источника энергии (IES). В вариантах осуществления можно наращивать ресурс отходящего тепла до применимых уровней температур при помощи тепловых насосов с электрическим приводом. В других вариантах осуществления энергию можно извлекать в виде электрической энергии при снижении давлений технологических потоков путём использования энергетической турбины вместо контрольного клапана. В других вариантах осуществления энергию можно извлекать в виде электрической энергии с использованием термоэлектрических устройств.

В соответствии с вариантами осуществления настоящего раскрытия, применение возобновляемой электрической энергии для замены природного газа или других углеводородов в качестве источника энергии можно воплощать как часть усовершенствования существующих химических процессов (например, существующей установки синтеза олефинов) или как составной компонент конструкции новой химической установки (например, новой установки синтеза олефинов). При усовершенствовании, возможности применения возобновляемой энергии могут зависеть от элементов существующей конструкции, таких как паровая система; в ходе усовершенствования потребуется тщательная проверка всего энергетического баланса и паровой системы, так как электрифицирование отдельных частей оборудования без учёта упомянутых соображений может приводить к неэффективным вариантам использования энергии. В вариантах осуществления, показанных в таблице 1, наиболее высокие приращения эффективности достигаются путём замены паровых приводов вращательного оборудования (например, в третьей категории C3) электрическими двигателями. Однако различающиеся цели могут приводить к различным вариантам выбора частичной электрификации; в вариантах осуществления в некоторых случаях более значительные снижения объёмов CO₂ за счёт меньших показателей повышения энергоэффективности иногда можно реализовать путём первоначальной замены пламенных печей на углеводородном топливе (например, в первой категории C1). В вариантах осуществления, если тепловую энергию и/или пар получают из нескольких источников углеводородов, наиболее предпочтительный режим работы может достигаться, прежде всего, при исключении наиболее дорогостоящих и/или загрязняющих источников топлив. То, какое количество возобновляемой энергии можно включать и до какой степени можно снижать существующий расход топлива и выбросы диоксида углерода (CO₂), может изменяться в зависимости от применения и будет находиться в пределах квалификации специалистов в данной области техники по прочтении данного раскрытия.

В вариантах осуществления планирование использования возобновляемой энергии в конструкции вновь возводимой химической мощности (например, вновь сооружаемой установки синтеза олефинов) может предусматривать более значительные возможности для улучшения энергоэффективности и снижения выбросов CO₂. Для реализации больших приращений энергоэффективности в вариантах осуществления используют питание всего вращательного оборудования (например, в третьей категории C3) электрической энергией. В вариантах осуществления по существу полностью (или по большей части, или более чем на 40, 50, 60, 70, 80 или 90%) используют электрическое нагревание (например, в первой категории C1 и/или второй категории C2), и проявления неэффективности, обусловленные потерей тепла с топочным газом, по существу снижаются или даже исключаются. В вариантах осуществления можно сводить к минимуму или всецело исключать использование пара, вырабатываемого за счёт сгорания ископаемого топлива (например, во второй категории C2). Для обеспечения возможности выделения меньшего количества тепла в реакторе и/или образования меньшего количества побочных продуктов, подвергаемых сжиганию, в вариантах осуществления используют изменения в катализаторе и/или модификацию рабочих условий реактора. В вариантах осуществления установка (например, установка синтеза олефинов), спроектированная на основе применения возобновляемой электрической энергии, позволяет достигать повышенной оптимизации операций разделения, поскольку при использовании возобновляемой электрической энергии согласно настоящему раскрытию изменяются относительные затраты на сжатие и остужение. В вариантах осуществления такие улучшенные операции разделения также могут позволять дополнительно улавливать побочные продукты, имеющиеся в малом количестве, из отдуваемых потоков, высвобождая указанные второстепенные продукты для дальнейшего использования в качестве источников сырья или продуктов. Кроме того, применение недорогой электрической энергии в соответствии с вариантами осуществления данного раскрытия может создавать возможность для введения новых технологий, таких как, без ограничения, технологии с применением гибридных газово-электрических нагревателей, приводов компрессоров с переменной скоростью вращения, распределённого охлаждения, тепловых насосов, усовершенствованных дистилляционных колонн, пассивного солнечного нагрева текучих сред, точного контроля температурных профилей реактора, новых материалов конструкции и закалки или охлаждения с использованием разбавителей, охлаждённых при помощи электричества. Если стоимость электрической энергии является достаточно низкой, применение такой электрической энергии, как указано в настоящем документе, может благоприятствовать вводу новых электрохимических процессов. В случае новой конструкции, она может быть менее капиталоёмкой для запуска процессов на основе электроэнергии, например, вследствие отсутствия (например, на всей установке) системы распределения пара.

Согласно вариантам осуществления данного раскрытия неуглеродную энергию, возобновляемую энергию и/или электрическую энергию (возобновляемую, невозобновляемую, углеродную и/или неуглеродную электрическую энергию) можно использовать при получении практически каждого химического продукта, включая метанол, аммиак, олефины (например, этилен, пропилен), ароматические соединения, гликоли и полимеры, но не ограничиваясь ими. В вариантах осуществления неуглеродную энергию, возобновляемую энергию и/или электрическую энергию также можно использовать при подготовке источников сырья для получения химических продуктов и производства топлив, как например, в синтезе метил-трет-бутилового эфира (МТБЭ), крекинге, изомеризации и риформинге. В таких вариантах осуществления определённую часть нагревания (например, по меньшей мере, около 10, 20, 30, 40 или 50%), большую его часть (например, по меньшей мере, около 50, 60, 70, 80, 90 или 95%) или всё (например, около 100%) нагревание в масштабе всей установки/процесса или её секции можно обеспечивать путём электрического нагрева и/или определённую часть охлаждения (например, по меньшей мере, около 10, 20, 30, 40 или 50%), большую его часть (например, по меньшей мере, около 50, 60, 70, 80, 90 или 95%) или всё (например, около 100%) охлаждение в масштабе всей установки/процесса или её секции можно обеспечивать путём электрического охлаждения, как описано выше в настоящем документе. Ниже в настоящем документе раскрывается использование возобновляемой энергии, неуглеродной энергии и/или электрической энергии применительно к синтезу олефинов (например, паровому крекингу).

Раскрытия предварительных заявок на патент США №№ 62/792612 и 62/792615, имеющих название Use of Renewable Energy in Olefin Synthesis, предварительных заявок на патент США №№ 62/792617 и 62/792619, имеющих название Use of Renewable Energy in Ammonia Synthesis, предварительных заявок на патент США №№ 62/792622 и 62/792627, имеющих название Use of Renewable Energy in Methanol Synthesis, и предварительных заявок на патент США №№ 62/792631, 62/792632, 62/792633, 62/792634 и 62/792635, имеющих название Use of Renewable Energy in the Production of Chemicals, поданных 15 января 2019 г., настоящим включаются в данный документ в целях, не противоречащих настоящему раскрытию.

В данном раскрытии описана установка синтеза олефинов для получения низших олефинов (например, этилена, пропилена, бутиленов, бутадиена), выполненная таким образом, что большая часть полезной энергии, требуемой для одной или нескольких секций, узлов или групп аналогичных узлов или элементарных операций установки синтеза олефинов, обеспечивается за счёт неуглеродной энергии (E_NC) из источника неуглеродной энергии (например, полученной не в результате сгорания углеродного топлива, такого как углеводород), на основе возобновляемой энергии (например, энергии (E_NF), полученной из неископаемого топлива) и/или электрической энергии. В вариантах осуществления источник E_NC или E_NF может включать в себя, главным образом включать в себя, по существу состоять из электрической энергии или состоять из неё. В вариантах осуществления источник E_NC или E_NF может включать в себя, главным образом включать в себя, по существу состоять из возобновляемой электрической энергии или состоять из неё. В вариантах осуществления часть (например, равная приблизительно 5, 10, 20, 30, 40, 50 или больше), большая часть (например, равная приблизительно 50, 60, 70, 80, 90 или 95% или больше) или вся (например, около 100%) полезная энергия, требуемая для всей установки синтеза олефинов, секции установки (например, секции предварительной обработки сырья, секции реакции пиролиза, секции первичного фракционирования и сжатия и/или секции фракционирования продуктов), групп аналогичных узлов (например, компрессоров, узлов подачи энергии, нагревательных блоков, кипятильников, охлаждающих блоков, холодильных узлов, сепараторов, дистилляционных/фракционирующих колонн, печей/реакторов пиролиза, кипятильников), элементарных операций установки (например, сжатия, подачи питания, операций крекинга, разделения, нагревания, охлаждения) или их сочетания, обеспечивается за счёт электрической энергии, возобновляемой энергии (например, энергии, полученной из неископаемого топлива, (E_NF)) и/или неуглеродной энергии (E_NC). В вариантах осуществления электрическую энергию подают из источника возобновляемой энергии, такой как, без ограничения, энергия ветра (например, при помощи ветровых турбин), солнечная (например, фотовольтанические (ФВ) панели или солнечные тепловые), гидроэлектрическая, волновая, геотермальная, ядерная, приливная энергия, энергия сгорания биомассы со связывающим улавливанием CO₂ в замещённых культурах или их сочетание. В вариантах осуществления часть (например, равную приблизительно 5, 10, 20, 30, 40, 50 или больше), большую часть (например, равную 50, 60, 70, 80, 90 или 95% или больше), или всю (например, около 100%) электрическую энергию, возобновляемую энергию (например, энергию, полученную из неископаемого топлива (E_NF) или неуглеродную энергию (E_NC), требуемую для всей установки синтеза олефинов, секции установки (например, секции предварительной обработки сырья, секции реакции пиролиза, секции первичного фракционирования и сжатия и/или секции фракционирования продуктов), узла или группы аналогичных узлов (например, компрессоров, узлов подачи энергии, нагревательных блоков, кипятильников, охлаждающих блоков/холодильных узлов, сепараторов, дистилляционных/фракционирующих колонн, печей/реакторов пиролиза, кипятильников) или элементарных операций (например, сжатия, подачи питания, операций крекинга, разделения, нагревания, охлаждения) установки синтеза олефинов или их сочетания, и обычно получаемую на аналогичной установке синтеза олефинов через посредство сгорания топлива, углеродного топлива и/или ископаемого топлива и/или использования пара (например, который сам образуется за счёт сгорания такого топлива) в качестве промежуточной теплоносной (и/или энергопередаточной) текучей среды, получают без сжигания топлива, углеродного топлива и/или ископаемого топлива и/или без использования пара, вырабатываемого в результате сгорания такого топлива, как промежуточной теплоносной (и/или энергопередаточной) текучей среды. В вариантах осуществления полезную энергию для всей установки, либо для одной или нескольких секций, узлов или групп аналогичных узлов данной установки обеспечивают за счёт электрической энергии из источника возобновляемой энергии. Например, в вариантах воплощения нагревание обеспечивают при помощи электричества путём резистивного нагрева или иного превращения электрической энергии в тепловую и/или механическую энергию.

В вариантах осуществления установка синтеза олефинов настоящего раскрытия выполнена с такой возможностью, что большая часть (например, больше 50, 60, 70, 80 или 90%) полезной энергии, требуемой для подачи питания, нагревания, охлаждения, сжатия или их сочетания, используемой через посредство одного или нескольких реакторов пиролиза, системы подготовки сырья, системы очистки продуктов или их сочетания, за счёт электрической энергии.

В вариантах осуществления установка синтеза олефинов согласно вариантам осуществления настоящего раскрытия представляет собой крупную установку, характеризующуюся производственной мощностью по этилену, равной примерно 10 000 тонн в год, 500 000 тонн в год, 1 000 000 тонн в год, 3 000 000 тонн в год или 10 000 000 тонн в год или больше. При более крупных размерах, предусматриваемых в данном раскрытии, количество энергии, подаваемой из источника неуглеродной энергии, источника возобновляемой энергии и/или электрической энергии, будет соразмерно большим. В вариантах осуществления частично или полностью электрифицированная установка, соответствующая способам настоящего раскрытия, будет потреблять 50, 100, 150, 200, 250, 500 или 750 МВт электрической энергии или больше.

Паровой крекинг углеводородов для получения олефинов, которые являются основными строительными блоками для продуктов нефтехимии, представляет собой энергетически интенсивный процесс. Олефины, получаемые паровым крекингом, включают в себя низшие олефины, такие как этилен, пропилен, бутены, бутадиен и т.д. Такие олефины можно использовать, например, в производстве полимеров, промежуточных химических продуктов и синтетического каучука. Образуются также побочные продукты, такие как н-бутен, изобутилен, бутадиен, изопрен и бензин пиролиза. Сырьевой поток может содержать нафту, этан, пропан, бутан, сжиженный нефтяной газ (СНГ), конденсат, газойль, непревращённый гидровоск (кубовый остаток продуктов реактора гидрокрекинга), воск синтеза Фишера-Тропша, подвергнутую гидроочистке сырую нефть и её производные, подвергнутые вторичной переработке пластики, биомасла или их сочетания.

Хотя для описания электрификации установки синтеза олефинов, раскрытой в настоящем документе, будет использоваться конкретный вариант воплощения установки синтеза олефинов, следует понимать, что согласно настоящему раскрытию можно электрифицировать многочисленные конфигурации узлов и различные технологические решения парового крекинга или другого процесса синтеза олефинов, как будет очевидно специалистам в данной области техники по прочтении описания, изложенного в настоящем документе. Кроме того, хотя электрификация описана со ссылкой на конкретную установку и способ синтеза олефинов (например, установку и способ парового крекинга), следует понимать, что электрификацию, изложенную в настоящем документе, можно применять на установках синтеза олефинов, на которых используются технологии, отличные от парового крекинга (например, газификация угля или нефтяного кокса), и такие варианты осуществления подразумеваются находящимися в пределах объёма настоящего раскрытия.

Со ссылкой на фигуру 3, которая является блок-схемой обобщённой установки или процесса I парового крекинга, можно полагать, что установка парового крекинга включает в себя одну или несколько из следующих технологических секций для превращения сырьевого потока 5 в желаемый поток 50 олефиновых продуктов: секцию 10 предварительной обработки сырья, секцию 20 реакции пиролиза, секцию 30 первичного фракционирования и сжатия, секцию 40 фракционирования продуктов или «разделения» и сжатия, либо их сочетание. Такие секции будут кратко описаны в нескольких, следующих далее абзацах, а более подробно ниже в настоящем документе.

Как показано на блок-схеме процесса парового крекинга фигуры 3, секция 10 предварительной обработки сырья установки I парового крекинга может быть выполнена с возможностью регулирования давления сырья 5, потенциального удаления нежелательных компонентов (например, диоксида углерода (CO₂), ртути, воды) из сырья, объединения входящего сырья с хранимым сырьём для сведения к минимуму изменений в составе сырья, поступающего в секцию 20 реакции пиролиза, и/или предварительного нагревания сырья 5 для получения предварительно обработанного сырьевого потока 15.

Секция 20 реакции пиролиза может заключать в себе, по меньшей мере, один реактор парового крекинга или печь «пиролиза», выполненную с возможностью осуществления крекинга углеводородов в присутствии пара для получения потока крекированного газа, и закалочно-испарительный аппарат (TLE) или некоторое другое устройство для теплопередачи, предназначенное для извлечения тепла из потока крекированного газа с целью получения охлаждённого потока 25 крекированного газа. Обычно печи установки парового крекинга создают высокотемпературную окружающую среду в результате сжигания топлив, таких как метан и водород. Указанный процесс является основным источником выбросов диоксида углерода с традиционной установки/процесса парового крекинга. Печи, как правило, заключают в себе радиантную камеру, в которой трубы реактора нагреваются до температуры, при которой протекают реакции крекинга, и конвекционную камеру, в которой источник сырья предварительно нагревается и смешивается с паром-разбавителем перед вводом в трубу реактора. Конвекционную камеру печи, как правило, используют также для извлечения тепла и генерирования пара, который обычно применяют для приведения в действие размещённых далее по ходу потока компрессоров и в целях нагревания. При помощи одной или нескольких модификаций секции пиролиза, описанных далее в настоящем документе, можно уменьшать выбросы диоксида углерода; углеводороды (например, метан, этан), традиционно сжигаемые в качестве топлива, можно использовать как дополнительный источник сырья для получения химических продуктов; производство избыточного пара (например, в дополнение к тому, что используется в качестве разбавителя в печи (печах) секции 20 реакции пиролиза) можно уменьшать или исключать и/или можно повышать энергоэффективность печей.

Секция 30 первичного фракционирования и сжатия может быть выполнена с возможностью осуществления дополнительного извлечения тепла из охлаждённого потока 25 крекированного газа и его закалки, удаления одного или нескольких компонентов (например, топливного масла, сероводорода, диоксида углерода, воды или их сочетания) из потока 25 крекированного газа и/или сжатия потока 25 крекированного газа с получением таким образом сжатого потока 38 крекированного газа.

Секция 40 фракционирования или разделения продуктов может быть выполнена с возможностью фракционирования сжатого потока 38 крекированного газа, селективного гидрирования одного или нескольких потоков, образующихся в ходе фракционирования, и получения одного или нескольких потоков 50 олефиновых продуктов (например, этилена, пропилена). В секции 40 фракционирования или разделения продуктов также может образовываться один или несколько потоков 60 побочных продуктов, таких как, без ограничения, C₁-поток, поток насыщенных C₂-соединений, поток насыщенных C₃- соединений, поток насыщенных C₄-соединений, поток ацетилена, поток бутадиена, поток бутена-1, поток изобутилена, поток ароматических соединений, поток водорода, поток бензина пиролиза и/или поток топливного масла, либо потоки, содержащие сочетание указанных компонентов. Некоторые из упомянутых потоков можно возвращать в одну или несколько секций установки I парового крекинга. Например, без ограничения, потоки насыщенных C₂, C₃ и/или C₄-соединений можно возвращать в одну или несколько печей пиролиза секции 20 реакции пиролиза, водород можно очищать (например, при помощи узла адсорбции при переменном давлении (PSA) и реактора метанирования для удаления CO) и возвращать в реактор гидрирования (например, на установку гидрирования C₂-, C₃-соединений, ацетилена или диолефинов) и/или использовать в качестве источника топлива (например, при помощи топливного элемента). C₁-поток также можно возвращать для использования в качестве топлива (например, для получения из него водорода).

Как изображено на фиг. 3 и упомянуто выше, подвод энергии (E) к установке или внутрь установки парового крекинга, либо в одну или несколько секций или групп узлов, аналогичных узлов или для элементарных операций в них (что обычно можно обеспечивать за счёт углеродной энергии (E_C) 2A из источника углеродной энергии; энергии (E_F) 3A, полученной из ископаемого топлива, поступающего из источника энергии на основе ископаемого топлива, или путём применения пара (например, пара, выработанного для указанной цели с использованием энергии, полученной из источника углеродной энергии или источника энергии ископаемого топлива) исключительно или главным образом в виде теплоносной или энергопередаточной среды (S_HT) 1), можно частично или полностью заменять неуглеродной энергией (E_NC) 2B из источника неуглеродной энергии, возобновляемой энергией/энергией неископаемого топлива (E_NF) 3B из источника возобновляемой энергии и/или электрической энергией (например, электрической энергией и/или возобновляемой электрической энергией). Углеродную энергию (E_C) 2A, энергию (E_F) 3A, полученную из ископаемого топлива, или обе из них можно частично или полностью заменять электрической энергией. В вариантах осуществления электрическую энергию можно получать из неуглеродного топлива, возобновляемого топлива или их сочетания. Положительный эффект, получаемый при помощи раскрытых в настоящем документе системы и способа, может заключаться в уменьшении выбросов 4 парникового газа (GHG) с установки или из процесса парового крекинга. В вариантах осуществления вышеупомянутое исключение или сокращение паровой системы может приводить также к снижению капитальных и эксплуатационных затрат.

Согласно настоящему раскрытию, при охлаждении технологических потоков следует использовать как можно больше тепла для нагрева других технологических потоков. Однако ниже определённой температуры дальнейшая теплопередача уже не эффективна или неприменима и используются воздуходувки, охлаждающая вода и/или холодильная система (которые требуют подвода энергии для отвода тепла). В таких вариантах осуществления, например, в случае теплообменников, холодильных установок или их сочетания, для изменения температуры технологических потоков можно подавать электрическое питание. В вариантах осуществления пар не применяют исключительно в качестве промежуточного теплоносного и/или энергопередаточного потока, а установка или её секция (секции) не включают в себя такую сложную паровую систему, как традиционно используемая для передачи энергии. В вариантах осуществления пар используют в качестве теплоносной текучей среды и не используют для совершения механической работы, например, для приведения в действие насоса или компрессора. В вариантах осуществления нагревание выполняют путём резистивного нагрева. В вариантах осуществления нагревание выполняют путём индуктивного нагрева.

Несмотря на отсутствие стремления ограничивать описание некоторых способов примерами, приведёнными в настоящем документе, далее будет представлена установка парового крекинга, которую можно электрифицировать в соответствии с вариантами осуществления настоящего раскрытия, со ссылкой на приведённую в виде примера установку II парового крекинга, показанную на фиг. 4. Описанные стадии, секции, узлы или элементарные операции могут выполняться в любом подходящем порядке; одна или несколько стадий, секций, узлов или элементарных операций могут отсутствовать, дублироваться, заменяться другой стадией, секцией, узлом или элементарной операцией, и в различных вариантах осуществления можно использовать дополнительные стадии, секции, узлы или элементарные операции, не описанные в настоящем документе.

Как отмечено выше в настоящем документе со ссылкой на вариант осуществления фигуры 3, в вариантах осуществления установка парового крекинга настоящего раскрытия включает в себя секцию 10/110 предварительной обработки сырья. Сырьё вводят в установку II парового крекинга в виде сырьевого потока 105. Сырьё подвергается предварительной обработке в устройстве 110 предварительной обработки сырья для получения предварительно обработанного сырья 115. Предварительная обработка сырья может включать в себя регулирование давления сырья. Для преобразования давления в линии сырья (например, 500 фунт/кв. дюйм изб.) в давление в узле (например, около 50 фунт/кв. дюйм изб.) можно использовать, например, экспандер. В вариантах осуществления настоящего раскрытия энергию, получаемую в ходе указанного расширения, можно улавливать в форме электрической энергии, например, путём приведения в действие генератора. В вариантах осуществления, в которых сырьё 105 содержит нежелательно высокую концентрацию диоксида углерода (CO₂), для удаления CO₂ можно использовать узел с электрическим приводом. Например, в вариантах осуществления можно использовать процесс абсорбции амином и применять электронагрев для отгонки абсорбированного CO₂ из обогащённого амина в ходе регенерации. Это можно использовать, например, вместо паровой отгонки, потенциально уменьшая количество пара, требуемого для узла удаления CO₂, секции 10/110 предварительной обработки установки парового крекинга и на всей установке парового крекинга.

В вариантах осуществления, в которых сырьё содержит нежелательные концентрации ртути, предварительная обработка сырья может дополнительно включать в себя удаление ртути. Например, для удаления ртути из сырьевого потока 105 в вариантах осуществления используется ртутная ловушка. В таких вариантах осуществления регенерацию ртутной ловушки можно осуществлять с использованием электроэнергии (например, при помощи горячего газа, получаемого путём электронагрева).

В вариантах осуществления, в которых значительное изменение состава сырья представляет собой проблему, некоторое количество сырья можно хранить в форме жидкости для сведения к минимуму влияния изменений в трубопроводе сырья. В вариантах осуществления, в которых сырьём является этан и/или пропан, охлаждение в холодильной системе можно выполнять при помощи электрического компрессора и/или термоэлектрического устройства (устройств). В таких вариантах осуществления хранимый холодный этан и/или пропан можно применять как хладагент перед его использованием в качестве сырья, например, можно использовать для охлаждения другого технологического потока перед вводом относительно более тёплого этана и/или пропана в секцию 20/120 реакции пиролиза.

Предварительная обработка 10/110 сырья может дополнительно включать в себя предварительное нагревание 110' сырья (фиг. 4). В вариантах осуществления предварительное нагревание сырья осуществляют в максимально возможной степени посредством переноса тепла газами продуктов пиролиза (и их охлаждения). Поскольку предварительное нагревание 110' сырья можно выполнять путём теплообмена с продуктами реактора (реакторов) пиролиза и/или внутри реактора (реакторов) пиролиза, на фиг. 4 это показано для секции 120 реакции пиролиза. Теплопередачу можно выполнять прямым способом с использованием одного или нескольких теплообменников типа сырьё/выходящий поток и/или непрямым способом с использованием теплоносителя (например, продукта Dowtherm или пара). Поскольку в углеводородное сырьё вводят пар («пар-разбавитель 111») как разбавитель, может быть желательным получение пара при помощи теплопереноса продуктом пиролиза или при электронагреве и использование пара для предварительного нагревания сырья путём объединения относительно более горячего пара с относительно более холодным сырьём, так как в данном случае такой пар производится не только для использования в качестве промежуточной теплоносной или энергопередаточной среды, но и применяется как разбавитель в реакторах пиролиза. В вариантах осуществления теплообменник, используемый для предварительного нагревания сырья, заключает в себе встроенные нагревательные элементы. В вариантах осуществления сырьё можно предварительно нагревать до температуры, выше обычно используемой в традиционном паровом крекинге (например, в случае этана, до температуры выше значения от 600 до 675°C), так что можно использовать больше тепла, доступного в результате охлаждения продуктов реактора (реакторов) пиролиза. В вариантах осуществления сырьё нагревают до заданной температуры путём резистивного нагрева (например, посредством электричества, протекающего через проволоку, находящуюся в термическом, но не обязательно электрическом контакте с трубой, несущей сырьё). В вариантах осуществления, тепло в радиантной камере реактора пиролиза используют для предварительного нагревания сырья, и тепло в ней выделяется с использованием электричества любыми подходящими способами, которые преобразуют электрическую энергию в тепловую энергию, доступную для предварительного нагревания сырья. В вариантах осуществления сырьё предварительно нагревают при помощи перегрева пара-разбавителя 111 перед впрыском, а пар-разбавитель нагревают любыми различными способами электронагрева, такими, как упомянутые выше в настоящем документе и им подобные. В вариантах осуществления пар нагревают с использованием электричества до температуры, выше температуры более холодного сырьевого потока в момент смешения, для быстрого повышения температуры объединённого потока. В вариантах осуществления пар нагревают с использованием электричества до температуры, выше температуры реактора (реакторов) пиролиза, и впрыскивают в более холодное сырьё непосредственно перед тем, как оно поступает в реактор(ы) пиролиза, так что окончательное нагревание сырья до температуры реакции происходит достаточно быстро с целью предотвращения нежелательных реакций. В вариантах осуществления горячий пар впрыскивают для инициирования адиабатического крекинга, частично или полностью уменьшая подвод энергии в реактор пиролиза. В вариантах осуществления давление пара или другого разбавителя повышают до требуемого давления процесса при помощи устройств, питаемых возобновляемой энергией. Такие устройства могут включать в себя, без ограничения, паровые компрессоры, насосы или закрытые ёмкости, которые нагреваются при помощи электричества или снабжаются теплом из источников возобновляемой энергии. В вариантах осуществления сырьё предварительно нагревают при помощи полного сопротивления (например, там, где электрическая энергия протекает по трубопроводу, несущему в себе сырьё). В вариантах осуществления сырьё можно нагревать непосредственно при помощи омического нагрева или плазмы, или электрической дуги, или радиочастоты (РЧ), или инфракрасных (ИК), или УФ и/или микроволн. В вариантах осуществления сырьё можно предварительно нагревать в результате прохождения через резистивно нагреваемый элемент. В вариантах осуществления сырьё можно предварительно нагревать за счёт индукции (например, колебательного магнитного поля). В вариантах осуществления сырьё можно нагревать механическим устройством, приводимым в действие электрической энергией. В вариантах осуществления сырьё можно предварительно нагревать тепловым насосом. В вариантах осуществления сырьё предварительно нагревают нагревание путём пропускания горячего инертного газа или другой среды по трубам, а горячий инертный газ или другую среду нагревают с использованием электричества (например, любыми предыдущими способами или тому подобными). В вариантах осуществления сырьё предварительно нагревают при помощи радиационных панелей, которые нагреваются с использованием электричества (например, любыми предыдущими способами или тому подобными). В вариантах осуществления нагревание до заданной температуры можно осуществлять путём сочетания вышеупомянутых способов.

Как отмечено выше, в вариантах осуществления, по мере возможности, топливо не сжигают с сопутствующим образованием топочного газа, и/или согласно вариантам осуществления настоящего раскрытия производство пара (или избыточного пара при помощи общей паровой системы) доводят до минимума. В вариантах осуществления энергоэффективность повышается за счёт исключения топочного газа, поскольку исключается потеря тепла, заключённого в топочном газе, в атмосферу. Таким образом, раскрытые в настоящем документе система и способ парового крекинга в вариантах осуществления могут обеспечивать преимущества по капитальным затратам, экологическим допускам и мониторингу, лёгкости функционирования и/или нагреванию, выполняемому с возможностью минимизации образования кокса.

Как отмечено выше в настоящем документе со ссылкой на варианты осуществления фиг. 3 и 4, установка парового крекинга настоящего раскрытия включает в себя секцию 20/120 реакции пиролиза. Секция 20/120 реакции пиролиза может заключать в себе один или несколько реакторов пиролиза или печей, один или несколько закалочно-испарительных аппаратов (TLE) или оба вида. Реактор (реакторы) пиролиза секции 20/120 реакции могут быть отделены от предварительного нагревания сырья и/или могут быть объединены с ним, как показано в виде бокса 120 в варианте осуществления фигуры 4. Например, в вариантах осуществления реактор (реакторы) пиролиза можно объединять (например, они могут включать в себя) с нагревательными элементами, упомянутыми выше в случае предварительного нагревания сырья. В вариантах осуществления используют печи, нагреваемые с использованием электричества. В вариантах осуществления применяют только электронагрев, и в них не имеется конвекционной камеры, рекуперации тепла топочного газа и/или никакого топочного газа. В вариантах осуществления тепло подают при помощи электричества в радиационные панели, которые затем передают тепло реактору (реакторам) пиролиза путём излучения. В вариантах осуществления печь (печи) пиролиза представляет(ют) собой гибридные печи, выполненные с возможностью как электронагрева, так и нагрева за счёт сгорания топливного газа. В вариантах осуществления, в которых энергию подают на другие участки парового крекинга при помощи электричества, а секцию пиролиза нагревают за счёт сгорания, конструкцию и/или режим работы печи изменяют (например, путём изменения физической конструкции, отношения воздух/топливо, скорости расхода топливного сырья и/или других переменных) так, что температура, при которой горячие газы сгорания выходят из радиантной камеры, снижается, и количество энергии, которое должно извлекаться в конвекционной камере, доводится до минимума. В вариантах осуществления тепло можно привносить при помощи электронагрева в секции реакции пиролиза для повышения или оптимизации достигаемого температурного профиля, в сопоставлении с реактором пиролиза, нагреваемым за счёт сгорания топлива, (и сопутствующим образованием топочного газа). В вариантах осуществления электронагрев секции реакции пиролиза позволяет обеспечивать независимую работу нагревателей, которые традиционно будут соединяться друг с другом совместным потоком топочного газа в конвективных пучках. В вариантах осуществления более точный контроль тепла в секции пиролиза позволяет использовать более высокие средние температуры реактора пиролиза. В вариантах осуществления электрическую энергию используют для образования (либо прямого, либо косвенного) свободных радикалов с целью инициирования реакции пиролиза. Такие свободные радикалы могут образовываться, например, косвенным образом, при нагревании углеводородов сырья до такой температуры, что часть их распадается с образованием радикалов, или непосредственно, при воздействии одного или нескольких источников плазмы, таких как диэлектрический барьерный разряд, холодная плазма, коронный разряд, тлеющий разряд, скользящий дуговой, искровой разряд и/или микроволновая плазма. Один или несколько источников плазмы можно размещать внутри реактора пиролиза и генерировать плазму, которая контролирует реагенты, присутствующие в реакторе пиролиза. В вариантах осуществления свободные радикалы могут образовываться in situ или ex situ (например, внутри реактора или за его пределами). В вариантах осуществления свободные радикалы могут образовываться под действием сверхзвукового потока горячего газа. В вариантах осуществления свободные радикалы могут образовываться в результате фотодиссоциации под действием облучения ультрафиолетовым (УФ) или видимым излучением, как например, облучения ультрафиолетовыми фотонами, вакуумными ультрафиолетовыми (ВУФ) фотонами и т.д., in situ или ex situ. В вариантах осуществления образование радикалов in situ происходит непосредственно перед тем, как сырьё достигает температуры пиролиза. В вариантах осуществления образование радикалов ex situ протекает в присутствии газа-носителя. В вариантах осуществления упомянутый газ-носитель содержит этан, пропан или азот. В вариантах осуществления, образующиеся ex situ радикалы впрыскиваются в сырьевой поток непосредственно перед тем, как сырьё достигает температуры пиролиза. В вариантах осуществления радикалы впрыскиваются в многочисленных точках по длине одного или нескольких реакторов пиролиза.

В вариантах осуществления пар-разбавитель 111 заменён альтернативным разбавителем или обеспечивается за счёт него, по меньшей мере, отчасти. (Предполагается, что отсылка к «паровому крекингу» в настоящем документе охватывает такие варианты осуществления.) Например, в вариантах осуществления разбавитель содержит азот, метан, водород или хвостовой газ (например, хвостовой газ деметанизатора, содержащий в основном метан (C₁) и водород (H₂), выходящий из деметанизатора секции 40/140 фракционирования продуктов). В вариантах осуществления использование электричества для нагревания реактора (реакторов) пиролиза секции 20/120 реакции пиролиза обеспечивает возможность применения различных материалов для изготовления технологических труб (например, труб, по которым проходят сырьё и продукт пиролиза), находящихся внутри реакторов пиролиза.

При помощи раскрытых в настоящем документе установки и способа парового крекинга можно сокращать удаление кокса. Между тем, в вариантах осуществления удаление кокса можно реализовать путём введения горячего воздуха, пара или других газов в трубы реактора пиролиза. В вариантах осуществления газы для удаления кокса нагревают с использованием электричества и/или используют электронагрев для контролирования процесса декоксования. В вариантах осуществления в раскрытой в настоящем документе установке парового крекинга коксование протекает медленнее, чем в традиционной установке парового крекинга (например, в которой используют сжигание топлива для нагревания реактора (реакторов) пиролиза), кокс удаляется быстрее или имеют место оба обстоятельства. В вариантах осуществления пар, используемый для удаления кокса, производят при помощи электронагревателя или электродного котла.

Раскрытая в настоящем документе установка парового крекинга может включать в себя теплообменник TLE 123, выполненный с возможностью воплощения первой ступени, быстрого охлаждения (или «первичной закалки») для прекращения реакции (например, для быстрого снижения температуры крекированного газового продукта в потоке 122 продуктов крекированного газа до температуры, составляющей примерно от 350 до 600°C) и получения закалённого в теплообменнике TLE потока 125 крекированного газа. В вариантах осуществления начальная закалка в теплообменнике TLE снижает температуру только до максимальной температуры, требуемой для прекращения нежелательных из протекающих реакций, а остальное тепло отводят в последующих теплообменниках. Закалку в теплообменнике TLE можно выполнять путём теплообмена «газ-газ» для возврата тепла в процесс и, таким образом, предварительного нагревания сырья. В вариантах осуществления теплообменник TLE 123 может перемещать тепло непрямым путём, с использованием среды теплоносителя (например, продукта Dowtherm или пара). В вариантах осуществления теплообменник TLE может заключать в себе больше одной секции, в силу чего теплопередачу можно реализовать при нескольких температурах, обеспечивая таким образом возможность улавливания большего количества тепла, чем в случае одной секции TLE. В вариантах осуществления, отличных от использования TLE, продукт реакции пиролиза закаляют путём впрыскивания холодной текучей среды. Согласно вариантам осуществления настоящего раскрытия, такую холодную текучую среду можно охлаждать/получать с использованием электричества. В вариантах осуществления пар-разбавитель 111 можно вырабатывать при помощи теплообмена с использованием теплообменника TLE в ходе закалки 123 в TLE.

Как отмечено выше в настоящем документе со ссылкой на варианты осуществления фиг. 3 и 4, установка парового крекинга настоящего раскрытия включает в себя секцию 30/130 первичного фракционирования и сжатия. Секция 30/130 первичного фракционирования и сжатия может быть выполнена с возможностью обеспечения дополнительного извлечения тепла из охлаждённого потока 25/125 крекированного газа и его закалки, удаления одного или нескольких компонентов (например, топливного масла, бензина пиролиза, пиролизного масла, сероводорода, диоксида углерода, воды или их сочетания) из потока 25/125 крекированного газа и/или сжатия потока 25/125 крекированного газа с получением таким образом сжатого потока 38/138 крекированного газа. В вариантах осуществления секция 30/130 первичного фракционирования и сжатия может включать в себя холодильник крекированного газа, закалку маслом и/или водой и/или операции отделения 131 масла и/или воды (для краткости также называемые в настоящем документе «системой 131 закалки и технологического водоснабжения), сжатие 133 крекированного газа, удаление 135 кислого газа, удаление 137 воды или их сочетание.

Раскрытая в настоящем документе установка парового крекинга может включать в себя холодильник крекированного газа, выполненный с возможностью извлечения дополнительного тепла из закалённого в TLE потока 125 крекированного газа. Такой холодильник крекированного газа может работать на основе прямого теплообмена «газ-газ» для предварительного нагрева сырьевого потока 105, может использоваться для выработки пара-разбавителя, может применяться для извлечения тепла, используемого для тепловой интеграции на другом участке данной установки (например, кроме предварительного нагревания сырьевого потока 105 или в дополнение к нему), и/или может использоваться для генерирования электрической энергии при охлаждении газа (например, при помощи термоэлектрического устройства).

В вариантах осуществления, раскрытая в настоящем документе установка парового крекинга может включать в себя систему закалки (например, вторичной закалки) и снабжения технологической водой, такую как система 131 закалки и технологического водоснабжения варианта осуществления фигуры 4, выполненную с возможностью конденсации воды и образующихся углеводородов с большей молекулярной массой, или такая система закалки водой может быть заменена описанной ниже. Тепло, отводимое при закалке, и систему 131 технологического водоснабжения можно использовать для тепловой интеграции. В вариантах осуществления данное тепло можно использовать для предварительного нагревания сырьевого потока 105. В вариантах осуществления можно использовать термоэлектрическое устройство для прямого охлаждения технологического потока или охлаждения водного потока 126 закалки, а в некоторых вариантах осуществления также и для генерирования электрической энергии. В вариантах осуществления используется абсорбционный охладитель для охлаждения технологического потока или водного потока 126 закалки до более низкой температуры, чем при традиционном использовании электрической холодильной системы. В вариантах осуществления используется тепловой насос. В вариантах осуществления, для отделения масла от закалочной воды используют электричество.

В вариантах осуществления, раскрытая в настоящем документе установка парового крекинга может включать в себя кипятильник отпарной колонны для технологической воды. В таких вариантах осуществления, для нагревания кипятильника технологической воды отпарной колонны можно использовать электронагреватель. В вариантах осуществления, для испарения оборотной технологической воды (например, для выработки пара-разбавителя 111) используется электродный котёл (например, работающий на основе нагревания с помощью омического сопротивления путём пропускания электрического тока через воду). В вариантах осуществления, для испарения технологической воды используют погружной нагреватель. Как отмечено выше, в вариантах осуществления, в секции 110' предварительного нагревания сырья для перегрева пара-разбавителя используется электронагреватель, так что пар можно перегревать до более высокой температуры, чем в традиционных конструкциях секции. В вариантах осуществления, для избирательных случаев применения охлаждения закалочной воды используют электронагреватель с целью контроля температуры и преодоления ограничений температурного напора. В вариантах осуществления можно использовать термоэлектрическое устройство для изменения температур закалочной воды с целью дополнительного охлаждения воды, возвращающейся обратным потоком в колонну закалочной воды, при одновременном нагревании воды для нагревательных вариантов применения в ходе извлечения тепла закалочной воды, с целью достижения лучшего температурного напора в обоих приложениях.

Аналогичную электрификацию можно использовать для закалки маслом и/или операций отделения масла в холодильнике крекированного газа, для закалки маслом и/или водой и/или операций отделения 131 масла и/или воды в реакторе крекинга нафты или газойля.

В вариантах осуществления, раскрытая в настоящем документе установка парового крекинга может включать в себя секцию 133 сжатия крекированного газа (или «секцию первичного сжатия»), заключающую в себе одну или несколько ступеней (например, 1, 2, 3, 4 или 5 ступеней первичного сжатия) для сжатия закалённого крекированного газа в потоке 132 для получения потока 134 сжатого крекированного газа, при этом каждая ступень сжатия заключает в себе один или множество компрессоров. В вариантах осуществления паровая турбина традиционных установок парового крекинга (в секции первичного сжатия или в другом месте установки парового крекинга (например, секции вторичного сжатия, включающей в себя одну или две ступени сжатия, при этом каждая ступень сжатия заключает в себе один или множество компрессоров), в холодильном компрессоре или секции сжатия пропилена и/или холодильном компрессоре или секции сжатия этилена) заменена электродвигателем. Электродвигатель (например, компрессор с электрическим приводом) можно использовать на каждой ступени многоступенчатой секции сжатия или можно использовать определённые двигатели на группоспецифических ступенях сжатия. Это может позволять оптимизацию. В вариантах осуществления один или несколько используемых двигателей являются двигателями с переменной скоростью вращения. В вариантах осуществления давление в следующей далее секции 40/140 разделения продуктов можно повышать путём использования одного или нескольких компрессоров с электрическим приводом, обеспечивая таким образом уменьшение потребности в холодильной системе. В таких вариантах осуществления процесс может влечь за собой необходимость в дополнительном компрессоре, но меньшую потребность в средствах обеспечения энергией. В альтернативных вариантах осуществления давление можно понижать, что приводит к необходимости усиления охлаждения в холодильной системе. В таких вариантах осуществления процесс может влечь за собой меньшую необходимость в компрессоре, но большую потребность в средствах обеспечения энергией. Такие варианты осуществления с повышенным и пониженным давлением обеспечивают возможность нестандартной оптимизации давления. Электрификация компрессора (компрессоров) крекированного газа, описанного выше в настоящем документе, может позволить исключить резервный котёл, работающий на углеводородном пламени, обычно включаемый в установки парового крекинга для управления изменениями в подаче пара. Соответственно, в вариантах осуществления установка парового крекинга настоящего раскрытия не включает в себя котёл, работающий на углеводородном пламени. Для повышения надёжности в вариантах осуществления используется термоэлектрическое устройство, встроенное в парожидкостные сепараторы перед одной или каждой ступенью сжатия 133 крекированного газа. Такое термоэлектрическое устройство будет первоначально охлаждать газ и обеспечивать более сильную конденсацию, но оно также будет снова нагревать газ для содействия удалению каких-либо капель жидкости, которые могут захватываться, защищая таким образом лопатки компрессора от эрозии в результате столкновения с каплями жидкости. В вариантах осуществления один или несколько компрессоров питаются от многоприводной системы, включающей в себя привод электродвигателя, привод паровой и/или газовой турбины. В вариантах осуществления используют электродный котёл с целью генерирования пара для турбины компрессора. В некоторых вариантах осуществления пар для турбины компрессора производят на непрерывной основе. В других вариантах осуществления пар из электродного котла необходим только в течение короткого периода времени для управления ситуациями непостоянного режима работы.

В традиционной установке парового крекинга, вследствие энергоинтенсивного характера производства этилена, наибольшую часть энергии, извлекаемой из крекированного газа, используют для создания высокого давления пара (например,1800 фунт/кв. дюйм). Указанный пар используют для приведения в действие турбин с целью сжатия крекированного газа, для приведения в действие холодильного компрессора пропилена, холодильного компрессора этилена, насосов и тому подобного. Согласно вариантам осуществления настоящего раскрытия, пар не используют для совершения механической работы, например, для приведения в действие турбин с целью сжатия крекированного газа (например, в секциях первичного и/или вторичного сжатия крекированного газа, на ступенях или в компрессорах), для приведения в действие холодильного компрессора пропилена, холодильного компрессора этилена или их сочетания.

Раскрытая в настоящем документе установка парового крекинга может включать в себя систему 135 удаления кислого газа, предназначенную для удаления кислого газа (например, сероводорода, диоксида углерода) из потока 134 сжатого газа для получения потока 136 с пониженным содержанием кислого газа. (Это может быть та же самая аминовая абсорбционная система, описанная в секции 10/110 предварительной обработки сырья, или отличающаяся от неё). Традиционные системы удаления кислого газа представляют собой щелочные скрубберы. В вариантах осуществления такие системы заменены электрифицированной аминовой системой, в силу чего не образуется отработанный щелочной поток. Аминовую систему можно электрифицировать в соответствии с вариантами осуществления настоящего раскрытия за счёт нагревания отпарной колонны, используемой для регенерации аминового потока, при помощи электронагревателя. В вариантах осуществления указанный электронагреватель представляет собой погружной нагреватель.

В вариантах осуществления, раскрытая в настоящем документе установка парового крекинга может включать в себя устройство для удаления воды или сушилку, выполненную с возможностью удаления влаги, такое как устройство 137 для удаления воды, выполненное с возможностью удаления воды из потока 136 с пониженным содержанием кислого газа и получения потока 138 высушенного крекированного газа. В вариантах осуществления регенерацию сушилки выполняют при помощи газа, нагретого с использованием электричества. В вариантах осуществления сосуд нагревают с использованием электричества для ускорения процесса регенерации. В вариантах осуществления, для конденсации воды из регенерационного газа используют систему с замкнутой петлёй.

Как отмечено выше в настоящем документе со ссылкой на варианты осуществления фиг. 3 и 4, установка парового крекинга настоящего раскрытия включает в себя секцию 40/140 фракционирования продуктов. Секция 40/140 фракционирования или разделения продуктов может быть выполнена с возможностью фракционирования сжатого потока крекированного газа, селективного гидрирования одного или нескольких компонентов, присутствующих в одном или нескольких потоках, образующихся при фракционировании, и получения одного или нескольких потоков 50/150 олефиновых продуктов (например, этилена, пропилена). В вариантах осуществления секция 40/140 фракционирования или разделения продуктов может заключать в себе дистилляцию (например, криогенную дистилляцию) 146, криогенное охлаждение 143 в холодильной системе, гидрирование 139 диолефинов и/или адкинов, очистку водорода, экстракцию, рециркуляцию 142 компонента (например, этана) или их сочетание.

Раскрытая в настоящем документе установка парового крекинга может включать в себя один или несколько холодильных компрессоров одной или нескольких секций 143 холодильной системы или криогенной холодильной системы (например, для охлаждения этилена в холодильной системе, охлаждения пропилена в холодильной системе, криогенной дистилляции). Один или несколько холодильных компрессоров могут быть электрифицированы согласно вариантам осуществления настоящего раскрытия. В вариантах осуществления применяются дополнительные компрессоры и/или ступени для обеспечения возможности настройки каждой холодильной петли для отдельного использования. В вариантах осуществления используется другая рабочая текучая среда, такая как, например, азот (N₂), диоксид углерода (CO₂) или смесь хладагентов, а не традиционные этилен и пропилен. В вариантах осуществления, исходный этан или пропан можно глубоко охлаждать и хранить, когда электрическая энергия (например, из источника IES) является доступной или недорогой, и использовать в качестве хладагента и сырья, когда электрическая энергия является недоступной или дорогой. В вариантах осуществления, товарный этилен и/или товарный пропилен можно глубоко охлаждать и хранить, когда электрическая энергия (например, из источника IES) является доступной или недорогой, и использовать в качестве хладагента, когда электрическая энергия является недоступной или дорогой.

В вариантах осуществления, энергию, теряемую на каждой из ступеней понижения давления хладагента (которые являются адиабатическими и не являются изоэнтропийными), можно извлекать (в форме электрической энергии) при использовании энергетических турбин вместо контрольных клапанов. В вариантах осуществления, вместо применения традиционного охлаждения в холодильной установке, которое включает в себя сжатие паров, используется прямое охлаждение с использованием электричества (например, при помощи термоэлектрических устройств) для части или всего охлаждения в холодильной установке.

Раскрытая в настоящем документе установка парового крекинга может включать в себя одну или несколько дистилляционных или криогенных дистилляционных колонн секции дистилляции, выполненной с возможностью осуществления фракционирования продуктов потока крекированного газа, как показано на фиг. 4, при этом секция 146 криогенной дистилляции выполнена с возможностью фракционирования крекированного газа, вводимого в неё в виде сырьевого потока 141 дистилляции крекированного газа. В варианте осуществления фигуры 4, секция 146 дистилляции выполнена с возможностью получения потока 150 этиленового продукта, потока 161 C₃₊-соединений, потока 144, содержащего водород и метан, и рециркуляционного потока 142 этана, который можно возвращать в секцию 120 реакции пиролиза.

Система фракционирования может заключать в себе одно или несколько устройств, выбранных из деметанизатора, деэтанизатора, разделителя C₂-соединений, депропанизатора, разделителя C₃-соединений, дебутанизатора, реактора гидрирования ацетилена, реактора гидрирования C₃-соединений, или их любое подходящее сочетание; порядок выполнения упомянутых стадий может изменяться соответствующим образом специалистом в данной области техники без отступления от существа и указаний настоящего раскрытия. Установка парового крекинга может дополнительно включать в себя одну или несколько рециркуляционных линий, выполненных с возможностью возвращения этана, пропана или других углеводородных фракций, по отдельности или в совокупности, в секцию 20/120 пиролиза. Установка парового крекинга может дополнительно включать в себя устройство для извлечения бутадиена, размещённое после дебутанизатора и выполненное с возможностью выделения бутадиена; устройство для гидрирования ацетилена, размещённое до или после разделителя C₂-соединений и выполненное с возможностью гидрирования ацетилена; сепаратор ацетилена; устройство для гидрирования метилацетилена и пропадиена (МАПД), размещённое до разделителя C₃-соединений и выполненное с возможностью гидрирования метилацетилена и/или пропадиена (аллена); или их сочетание.

В вариантах осуществления, в секции 146 дистилляции используют одну или несколько дистилляционных колонн, в которых тепло подают и/или отводят с использованием электричества. В вариантах осуществления одна или несколько дистилляционных колонн имеют температурный профиль, регулируемый при помощи электричества, что может обеспечивать более точное контролирование заданного в них температурного профиля. В вариантах осуществления одна или несколько дистилляционных колонн выполнены с возможностью работы с одним или несколькими кипятильниками, приводимыми в действие электричеством.

В вариантах осуществления, для нагревания и охлаждения башен (называемых также в настоящем документе дистилляционными колоннами) с использованием электроэнергии применяются конфигурации тепловых насосов. Тепловые насосы можно соединять с холодильной системой 143. Можно осуществлять оптимизацию в рамках тепловых насосов, холодильной системы и/или кипятильников, нагреваемых с использованием электричества.

В вариантах осуществления, отходящий газ из одной или нескольких дистилляционных башен (например, отходящий газ из деэтанизатора) секции 146 криогенной дистилляции можно охлаждать с использованием одного или нескольких термоэлектрических холодильников, в некоторых вариантах осуществления также и для выработки электрической энергии.

В вариантах осуществления, вся система криогенной дистилляции или её часть заменена системой с применением растворителя или адсорбента, при этом энергию подают путём электронагрева. В вариантах осуществления электронагреватели, холодильники и/или тепловые насосы используют в сопряжении с системой реакционной дистилляции.

В вариантах осуществления, на раскрытой в настоящем документе установке парового крекинга образуется один или несколько потоков 144, содержащих водород, метан или оба газа, и установка крекинга может дополнительно включать в себя адсорбер (PSA), работающий при переменном давлении, газопроницаемую мембрану, устройство для криогенной дистилляции или другое устройство 145 для очистки водорода, предназначенное для извлечения водорода. В вариантах осуществления можно создавать повышенное давление в PSA. В вариантах осуществления можно электрифицировать охлаждение в холодильной системе для криогенной дистилляции. Извлечённый водород можно использовать на установке парового крекинга, как например, для гидрирования 139 C₂, C₃, диолефинов и/или ацетилена. В вариантах осуществления водород отправляют для дальнейшего химического использования (например, на аммиачную установку, метанольную установку или нефтеперерабатывающую установку), а не сжигают для получения тепла. Извлечённый метан можно использовать, например, как сырьё для другой установки, такой как, без ограничения, установка синтеза аммиака или установка синтеза метанола. В вариантах осуществления метан направляют на установку синтеза метанола, а не сжигают для получения тепла. В вариантах осуществления не очищают газ, содержащий смесь метана и H₂, и его можно направлять в другие узлы, размещённые на внешней или на собственной площадке (например, для синтеза метанола или аммиака). Установку синтеза аммиака и/или установку синтеза метанола также можно электрифицировать или не электрифицировать, аналогично способу, описанному в настоящем документе.

В вариантах осуществления, один или несколько потоков 144, содержащих водород, метан или оба газа, можно подавать в топливный элемент для очистки метана и выработки электроэнергии. В вариантах осуществления очищенный водород, полученный из устройства 145 для очистки водорода, можно подавать в топливный элемент для выработки электроэнергии. В вариантах осуществления, сжатый или адсорбированный водород хранят, когда возобновляемая электрическая энергия (например, из возобновляемого IES) доступна, и используют для производства электрической энергии при помощи топливного элемента (элементов), когда IES является недоступным или дорогостоящим, например, в случае, если электрическая энергия из возобновляемого источника, такого как солнечный, доступна днём, но недоступна ночью. В вариантах осуществления хранят газообразный или жидкий этан, или пропан, а жидкий этан или пропан позже используют в качестве хладагента (например, ночью), например, в случае, если электрическая энергия из возобновляемого источника, такого как солнечный, доступна днём, но недоступна ночью. В вариантах осуществления жидкий этилен или пропилен хранят и используют позже в качестве хладагента (например, ночью), например, в случае, если электрическая энергия из возобновляемого источника, такого как солнечная энергия, доступна днём, но недоступна ночью.

В вариантах осуществления, раскрытая в настоящем документе установка парового крекинга включает в себя одно или несколько устройств для гидрирования, таких как, без ограничения, устройство для гидрирования ацетилена, устройство для гидрирования метилацетилена и пропадиена (МАПД) и/или другое устройство для гидрирования. Такое устройство для гидрирования показано на фиг. 2 в боксе 139. Раскрытая в настоящем документе установка парового крекинга в вариантах осуществления включает в себя устройство для гидрирования ацетилена или диолефинов в боксе 139, хотя гидрирование можно осуществлять между дистилляционными колоннами криогенной дистилляции 146. Согласно вариантам осуществления настоящего раскрытия, высушенный крекированный газ, вводимый в такое устройство для гидрирования (например, в виде потока 138) можно предварительно нагревать с использованием электричества. В вариантах осуществления промежуточные холодильники, при их наличии, могут работать при помощи теплового насоса или охлаждения с использованием электричества.

В вариантах осуществления, большая часть, больше 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80 или 90%, или по существу весь подвод или отвод полезного тепла, требуемый внутри установки парового крекинга, обеспечивается на основе источника неуглеродной энергии, источника возобновляемой энергии, такой как возобновляемая электрическая энергия, на основе электрической энергии (например, электрической энергии из возобновляемого и/или невозобновляемого источника) или их сочетания.

В вариантах осуществления, большая часть, больше 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80 или 90%, или по существу вся полезная энергия, требуемая для сжатия крекированного газа (например, в секциях, ступенях или компрессорах первичного сжатия 133 крекированного газа и/или вторичного сжатия крекированного газа), охлаждения в холодильной установке (например, в холодильном компрессоре пропилена, холодильном компрессоре этилена или их сочетании) и/или в другом месте установки парового крекинга, обеспечивается на основе источника неуглеродной энергии, источника возобновляемой энергии (например, источника энергии E_NF), такой как возобновляемая электрическая энергия, на основе электрической энергии (например, электрической энергии из возобновляемого и/или невозобновляемого источника) или их сочетания. Например, для обеспечения сжатия на всей установке парового крекинга или в её одной или нескольких секциях можно использовать электродвигатель, турбину с электрическим приводом и/или турбину, приводимую в действие паром, полученным с использованием электроэнергии. В вариантах осуществления большинство, больше 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80 или 90%, или по существу все компрессоры заменены электродвигателем, турбиной с электрическим приводом и/или турбиной, приводимой в действие паром, полученным с использованием электроэнергии, или используют их. В вариантах осуществления электрическую энергию можно использовать для сообщения движущей силы текучим средам. Например, электричество можно использовать для подачи питания в насосы с целью перемещения и/или нагнетания жидкостей, и/или для подачи питания в воздуходувки и/или вентиляторы. В вариантах осуществления часть, большинство (например, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90 или 100%) или по существу все из числа насосов, используемых на установке синтеза олефинов, электрифицированы.

В вариантах осуществления электричество используют для получения немного более холодной (например, на 2, 5, 10 или 15°C холоднее), чем традиционная, охлаждающей воды для охлаждения в одной или нескольких секциях раскрытой в настоящем документе установки синтеза олефинов. В вариантах осуществления для первичной закалки в секции 20/120 реакции пиролиза реактора крекинга можно использовать азот, метан или CO₂.

Как отмечено выше, при использовании электрической энергии из возобновляемого источника, который характеризуется потенциальной или известной непостоянной подачей (например, непостоянный источник энергии или IES), для поддержания работы установки парового крекинга в соответствии с вариантами осуществления настоящего раскрытия можно отбирать различные стадии. Подобное обращение с источником IES может являться таким, как описано в предварительных заявках на патент США №№ 62/792636 и 62/792637, имеющих название Use of Intermittent Energy in the Production of Chemicals, поданных 15 января 2019 г., раскрытие каждой из которых настоящим включается в данный документ в целях, не противоречащих настоящему раскрытию. Например, в вариантах осуществления, с учётом непостоянной подачи электричества хранят сжатый водород. В качестве альтернативы или дополнительно, для режима непостоянной подачи электричества можно хранить одну или несколько криогенных жидкостей. В качестве альтернативы или дополнительно, для режима непостоянной подачи электричества можно хранить тепло. В качестве альтернативы или дополнительно, для режима непостоянной подачи электричества можно иметь в распоряжении батареи. Можно предусматривать резервное питание для ключевых компонентов; для режима непостоянной возобновляемой электрической энергии можно использовать невозобновляемую электрическую энергию как резервную. Например, такое резервное питание можно вырабатывать при помощи устройства, приводимого в действие сжатым газом или маховиком.

Подачу электричества на установку парового крекинга настоящего раскрытия можно обеспечивать путём снабжения электрической энергией, которая может быть высоковольтной или низковольтной. Электрические устройства могут быть выполнены с возможностью функционирования или работать на переменном (однофазном или многофазном) или постоянном токе.

В вариантах осуществления, в системе и способе парового крекинга настоящего раскрытия (например, в секции 10/110 предварительной обработки сырья, секции 20/120 реакции пиролиза, секции 30/130 первичного фракционирования и сжатия и/или секции 40/140 фракционирования продуктов) не используется пар, генерируемый за счёт сгорания топлив или производимый исключительно для передачи тепла и/или энергии. Таким образом, в вариантах осуществления установка синтеза олефинов, соответствующая настоящему раскрытию, может работать без сложной паровой системы для передачи тепла и/или энергии (которая традиционно может использоваться на установке синтеза олефинов). В некоторых вариантах применения, например, если пар используют внутри реактора как компонент сырья и/или разбавитель, такой пар можно получать за счёт теплопередачи от технологического потока в пределах установки химического синтеза и/или можно производить с использованием электричества. В вариантах осуществления, пар, генерируемый за счёт теплопередачи от технологического потока, можно перегревать с использованием электричества. В вариантах осуществления пар не используется в качестве сырьевого или энергетического ресурса на всей установке синтеза олефинов. В вариантах осуществления установка синтеза олефинов настоящего раскрытия по существу не заключает в себе пара или на ней используют по существу меньше пара (например, используют, по меньшей мере, на 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90 или 100 объёмных процентов (об. %) меньше пара), чем на традиционной установке синтеза олефинов. Например, на традиционной установке получения олефинов может использоваться производство пара для кипятильников дистилляционных колонн секции 10/110 предварительной обработки сырья и/или в секции 40/140 очистки продуктов, может использоваться производство пара для приведения в движение паровых турбин с целью сжатия технологических и/или рециркуляционных потоков, либо может использоваться производство пара для приведения в движение паровых турбин с целью охлаждения в холодильной системе. В вариантах осуществления пар не производят для указанных операций на химической установке, соответствующей настоящему раскрытию, или производят по существу меньше пара (например, в процессе используют, по меньшей мере, на 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90 или 100 объёмных процентов (об. %) пара меньше). В вариантах осуществления пар используют как теплоносную текучую среду, но не применяют для совершения механической работы (например, для приведения в действие компрессора или насоса). В вариантах осуществления пар, генерируемый для указанных операций, главным образом (например, наибольшую долю из общего количества используемого пара производят с использованием электроэнергии), в основном (например, больше 50% пара производят с использованием электроэнергии) или по существу полностью производят с использованием электроэнергии. В вариантах осуществления пар, используемый в качестве реагента или разбавителя, главным образом (например, наибольшую долю из общего количества используемого пара производят с использованием электроэнергии), в основном (например, больше 50% пара производят с использованием электроэнергии) или по существу полностью производят с использованием электроэнергии.

В вариантах осуществления, на установке или в процессе синтеза олефинов настоящего раскрытия большее количество энергии потребляют непосредственно «как есть», например, используя тепло, поступающее от горячего выходящего потока продуктов, для нагревания потока сырья, а не подвергая его преобразованию, например, путём генерирования пара и превращения тепловой энергии в механическую энергию при помощи паровой турбины. Согласно вариантам осуществления настоящего раскрытия, непосредственное использование энергии может повышать энергоэффективность установки синтеза олефинов, например, за счёт снижения потерь энергоэффективности, которые имеют место в случае превращения тепла в механическую энергию.

Поскольку потребление энергии представляет собой большую долю эксплуатационных затрат традиционной установки синтеза олефинов, повышение энергоэффективности (например, путём электрификации) согласно настоящему раскрытию и/или использование метана или водорода, обычно сжигаемых с целью подачи тепла для риформинга и/или сжигаемых для выполнения сжатия (например, сжигаемых с целью производства пара для паровой турбины или сжигаемого для газовой турбины), для получения дополнительного количества продукта (например, метанола из метана и/или аммиака из водорода) может обеспечивать экономические преимущества по сравнению с традиционной установкой синтеза олефинов. Сопутствующим образом, уменьшение сжигания ископаемых топлив (например, природного газа, метана) в качестве топлива, предусматриваемое настоящим раскрытием, обеспечивает возможность снижения выбросов парниковых газов (GHG) по отношению к традиционной установке синтеза олефинов, на которой углеводороды сжигают в качестве топлива. В вариантах осуществления выбросы GHG (например, выбросы диоксида углерода) снижаются, по меньшей мере, на 5, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90 или 100% по отношению к традиционной установке синтеза олефинов, на которой углеводороды сжигают в качестве топлива. В вариантах осуществления количество образующегося CO₂ снижается примерно до 1,5; 1,2; 1,0; 0,75; 0,5; 0,2 или 0 или меньше тонн CO₂ на тонну полученного химического продукта (например, олефина (олефинов), без ограничения, таких как этилен). В вариантах осуществления аспекты настоящего раскрытия могут приводить к повышению эффективности процесса по углероду (т.е. увеличению доли углерода, расходуемого в процессе, который снова появляется в виде применимого продукта) и/или снижению удельного расхода энергии (например, энергии, используемой для осуществления синтеза определённого количества химического продукта 50).

Традиционно энергию, требуемую для элементарных операций в химических процессах, как правило, обеспечивают за счёт сжигания ископаемых топлив, особенно часто природного газа. В вариантах осуществления настоящего документа раскрыты системы и способы, посредством которых указанный подвод энергии можно уменьшить или заменить неуглеродной энергией E_NC, возобновляемой энергией E_NF, такой как возобновляемая электрическая энергия, и/или электрической энергией из любого источника (например, возобновляемого и/или невозобновляемого) с повышением энергоэффективности (например, при уменьшении потерь энергии). Раскрытое в настоящем документе применение неуглеродной энергии E_NC, возобновляемой энергии E_NF и/или электрической энергии в производстве химических продуктов, таком как получение олефинов крекингом, повышает энергоэффективность и/или уменьшает и/или исключает выбросы диоксида углерода и расход ископаемого топлива в процессе синтеза олефинов. В вариантах осуществления энергоэффективность процесса снижается, так что удельный расход энергии (суммарный подвод полезной энергии в процесс, включая топливо и электрическую энергию, делённый на производительность) составляет 17, 16, 15, 14, 13, 12, 11, 10, 9 или 8 или меньше ГДж/т полученного этилена, где в случае потребления топлива удельный расход энергии рассчитывают с использованием высшей теплотворной способности топлива.

ПРИМЕРЫ

Хотя варианты осуществления уже изложены в общем виде, следующие ниже примеры приведены как конкретные варианты осуществления настоящего раскрытия, а также для демонстрирования его практического воплощения и преимуществ. Следует понимать, что данные примеры представлены в форме иллюстрации и не предназначены для ограничения описания или формулы изобретения никоим образом.

На фиг. 5-9, связанных с примерами, символ в виде молнии используется для отображения электрической энергии, конкретно, возобновляемой электрической энергии, тогда как символ в виде тройной удлинённой буквы «S» используется для указания на потребление пара. На фиг. 5-9 и в описании примеров, приведённых ниже, насосы и разные поглотители энергии обозначены позицией 217.

Сравнительный пример 1

С целью определения тепловых и массовых потоков для типичного процесса III получения этилена паровым крекингом этана осуществляли моделирование процесса. Моделирование процесса, использованное в данном сравнительном примере 1, выполняли с применением Aspen Plus®. При моделировании не представлена конкретная рабочая установка, но оно является характерным для типичной установки, описанной ниже в настоящем документе со ссылкой на фигуру 5; параметры конструкции взяты из сведений о конкретных установках, а также литературной информации по типичным операциям процесса. Хотя для специалиста в данной области техники будут очевидны изменения, в данном сравнительном примере 1 представлен типичный процесс, который можно использовать как основу для сравнения эффектов модифицирования путём электрификации согласно вариантам осуществления настоящего раскрытия.

Процесс сравнительного примера 1 осуществляют с возможностью получения 187,5 тонн этилена в час. При времени работы 8 000 часов в год это будет приводить к получению 1,5 миллиона тонн этилена, хотя изменения в периодах времени простоя вследствие неполадок и эксплуатационного обслуживания смогут увеличивать или уменьшать указанный выпуск продукции. Данный объём является типичным для современных, наиболее крупных установок крекинга этана. При указанном объёме, как правило, следует использовать от восьми до двенадцати отдельных печей крекинга, при этом каждая печь заключает в себе многочисленные трубы реактора. Вследствие накопления в трубах кокса и других отложений, отдельные печи необходимо периодически отключать для регенерации; как правило, установка может работать при одновременном функционировании от шести до двенадцати печей.

Как показано на фиг. 5 (которая упрощена для того, чтобы показать только существенные признаки процесса упомянутого сравнительного примера 1), в процесс подают 236 тонн в час (т/ч) этанового сырья 205 и объединяют в смесителе секции 210 предварительной обработки сырья с рециркуляционным этаном, содержащимся в потоке 242 рециркуляционного этана, и паром-разбавителем, заключенным в потоке 211 пара для разбавления; объединённый сырьевой поток 215 нагревают до 650°C в конвекционных камерах печей секции 210' предварительного нагревания сырья, а затем нагревают до температуры реакции, равной 840°C, в трубах реактора, заключённых внутри радиантных камер печей секции 220 пиролиза. Упомянутые радиантные камеры также подают тепло для осуществления реакции крекинга этана, которая является эндотермической. Деаэратор 216 может обеспечивать подачу выпара деаэратора, который впрыскивают в воду для питания котлов с целью удаления кислорода и других растворённых газов перед поступлением сырья в конвекционные камеры печей секции 210' предварительного нагревания сырья, как показано на фиг. 5. Выходящий газ процесса в виде потока 222 продукта крекированного газа охлаждают до 400°C в закалочно-испарительном аппарате (TLE) 223 и дополнительно охлаждают путём теплообмена продукта, содержащегося в потоке 225 закалённого с использованием устройства TLE крекированного газа, в теплообменнике HX1, который испаряет воду в линиях 212 и 226. Затем воду-разбавитель извлекают при закаливании в ходе водной закалки 231; извлечённую воду, находящуюся в водной линии 226, возвращают обратно для повторного использования в качестве разбавителя в секции 220 реакции пиролиза. Водная закалка 231 может включать в себя функционирование башни водной закалки и колонны отпаривания воды, что в варианте осуществления фигуры 5 позволяет использовать пар колонны отпаривания воды. Продукты в потоке 232 закалённого крекированного газа сжимают в ходе сжатия 233 крекированного газа, а сжатый поток 234 крекированного газа высушивают и удаляют из него примеси кислых газов в ходе удаления кислых газов/удаления воды 235/237 для получения потока 238 высушенного крекированного газа. Поток 238 высушенного крекированного газа подвергают фракционированию 240 продуктов путём криогенного фракционирования 246 и связанного с ним криогенного охлаждения 243 в холодильной системе, выполненного с возможностью разделения целевых и побочных продуктов. Наряду с рециркуляционным этаном, содержащимся в потоке 242 рециркуляционного этана, целевые и побочные продукты включают в себя 187,5 т/ч этилена в потоке 250 этиленового продукта, 30 т/ч, заключающие в себе смесь водорода и метана в потоке 244, содержащем водород и метан, и 13 т/ч C₃₊-продуктов в C₃₊-потоке 261, содержащем в основном пропилен и бутадиен.

В дополнение к ряду более мелких статей потребления, в традиционном процессе III данного сравнительного примера 1 имеются пять основных статей потребления энергии (смотрите таблицу 2, обсуждаемую далее ниже в настоящем документе): (1) испарение рециркуляционной и свежей воды (например, в теплообменнике HX1) для получения пара-разбавителя, (2) нагревание сырьевых газов почти до температуры реакции в конвекционных камерах печей (например, секции 210' предварительного нагревания сырья), (3) нагревание печей и реакторов крекинга (например, секции 220 реакции пиролиза) с целью обеспечения конечного подъёма температуры сырьевых газов до температуры реакции и тепла для осуществления реакции в радиантных камерах печей крекинга, (4) энергия для приведения в действие компрессора крекированного газа (например, сжатия 233 крекированного газа) и (5) энергия для воплощения криогенного фракционирования (например, криогенного фракционирования 246 секции 240 фракционирования продуктов). Меньшие количества энергии потребляются для разных других целей. Обычно на практике в условиях сравнительного примера 1 расходуется очень небольшое количество электрической энергии, главным образом, для некоторых более мелких насосов в 217; определённое количество электрической энергии генерируется на месте в результате расширения газа в деметанизаторе при помощи энергетической турбины и составляет всего 1,6 МВт. Некоторое количество потребляемой энергии можно получать путём теплообмена с потоком продуктов при его охлаждении, а остальная часть обычно генерируется за счёт сжигания топлива. В условиях сравнительного примера 1 имеются два местоположения, в которых используются внешние источники энергии. Первое находится в печах крекинга, которые совместно потребляют 60 т/ч природного газа с заключённой в нём химической энергией (высшей теплотворной способностью или HHV), равной 920 МВт. Остальная энергия подаётся вспомогательным котлом 221, который преобразует 24,1 т/ч природного газа с заключённой в нём химической энергией, равной 369 МВт, в пар высокого давления (ВД). То, как наиболее продуктивно распределять упомянутую энергию по различным потребителям энергии в рамках процесса с наивысшей эффективностью, представляет собой технологическую задачу, общую для всех химических установок, и требует тщательного согласования температур, типов энергии и энергосодержания. Определённое количество энергии можно передавать непосредственно путём теплообмена, тогда как некоторое количество обычно превращают в пар, который можно использовать либо для теплообмена, либо для совершения механической работы, такой как приведение в действие компрессора. В сравнительном примере 1 для согласования подводов и отводов тепла выбрана типичная стратегия, но возможны и другие схемы, как будет очевидно для специалиста в данной области техники. Применение печей для сжигания в целях обеспечения подвода внешней энергии, необходимой для процесса, сопряжено с сопутствующим недостатком: дымовой или топочный газ из указанных печей заключает в себе энергию, которую невозможно эффективно рекуперировать вследствие его низкой температуры. Например, в процессе сравнительного примера 1 количество упомянутой неизвлечённой энергии, называемой иногда потерями в дымовых трубах, достигает 174 МВт. Энергия также теряется на нескольких стадиях процесса, например, в ходе водной закалки 231.

В таблице 2 показан энергетический баланс процесса сравнительного примера 1. Как видно в таблице 2, количество химической энергии, равное 1289 МВт, подаётся за счёт сгорания природного газа в печах крекинга секции 220 реакции пиролиза и топке вспомогательного котла 221; это представляет общий подвод полезной энергии в процесс, при этом дополнительные 310 МВт передаются внутри процесса, например, в ходе охлаждения газов продуктов, выходящих из труб крекинга. Количество энергии, равное 759 МВт, или приблизительно половина суммарной потребляемой энергии, передаётся в паровую систему, где она используется в основном для приведения в действие компрессора крекированного газа сжатия 233 крекированного газа и с целью подачи энергии для криогенного охлаждения в 243. Однако, поскольку энергия в форме пара неэффективно преобразуется в механическую работу, количество энергии, фактически используемое в компрессоре крекированного газа сжатия 233 крекированного газа и в ходе криогенного охлаждения в 243, значительно меньше количества энергии, применяемой в виде пара, как показано в таблице 2. В дополнение к этому, как отмечено выше, 174 МВт, или 13,5% подаваемой полезной внешней энергии, теряются с топочным газом в виде потерь в дымовых трубах печей крекинга и топке вспомогательного котла, а также в виде различных потерь процесса, например, в закалочной системе 231.

В таблице 3 представлена соответствующая статистика использования энергии в процессе сравнительного примера 1. Как видно по данным таблицы 3, общий расход топливного газа составляет 673 000 тонн в год. Сгорание указанного топлива приводит к образованию атмосферных выбросов в количестве 231 т/ч CO₂ или 1,85 миллиона тонн CO₂ ежегодно. Удельный расход энергии (рассчитанный с использованием высшей теплотворной способности топлива) составляет 24,7 ГДж на тонну полученного этилена; 64% указанного количества энергии теряются с дымовым газом, в ходе водной закалки 231 и на других стадиях процесса, а также вследствие неэффективности путей преобразования пара в механическую работу (например, в ходе сжатия крекированного газа в 233 и криогенного охлаждения в 243).

Пример 1

В примере 1 представлена частичная электрификация процесса парового крекинга, описанного в сравнительном примере 1, согласно варианту осуществления настоящего раскрытия. В примере 1 исключён вспомогательный котёл, и энергия, которая подавалась в указанный котёл за счёт сгорания природного газа, заменена меньшим количеством возобновляемой электрической энергии. Упомянутая замена внешней энергии требует некоторой перестройки энергетической интеграции процесса; наиболее важными отличиями примера 1 являются следующие: (1) холодильная система криогенного охлаждения и некоторые насосы теперь приводятся в действие электродвигателями, (2) определённое количество энергии, требуемой для испарения рециркуляционной воды с целью получения пара-разбавителя, подаётся путём электронагрева и (3) теплообменник TLE заменён системой теплообменников, так что значительная часть тепла, извлекаемого в результате охлаждения горячих газов продуктов, используется для предварительного нагревания сырьевых газов.

Ключевые элементы упомянутой электрифицированной установки IV примера 1 показаны на фиг. 6. Как и в сравнительном примере 1, этановое сырьё 205 в количестве 236 т/ч объединяют с рециркуляционными газами, содержащимися в потоке 242 рециркуляционного этана, и потоком пара-разбавителя в виде пара-разбавителя 211; объединённый сырьевой поток 215 нагревают до 730°C путём теплообмена с охлаждающимися газами продуктов в системе HX2 теплообменников секции 210’ предварительного нагревания. Указанный теплообмен может достигаться различными способами, например, при помощи одного теплообменника сырьё/выходящий поток, ряда теплообменников сырьё/выходящий поток, либо одного или нескольких теплообменников сырьё/выходящий поток вместе с одним или несколькими теплообменниками продуктов, использующими образование пара для приёма тепла, соединённых с теплообменниками сырья, в которых энергия пара передаётся потоку сырья. Для целей данного примера использован один теплообменник сырьё/выходящий поток; однако конкретная конфигурация системы HX2 теплообменников может изменяться в случае, если она выполняется с возможностью/применяется для извлечения как можно большего количества тепла при охлаждении газов продуктов и использования тепловой энергии для предварительного нагрева сырьевых газов. Затем осуществляют крекинг сырьевого потока при 840°C в радиантных печах секции 220 реакции пиролиза, отапливаемых природным газом; однако, поскольку цель заключается в производстве меньшего количества пара, чем обычно, как например, полученного в сравнительном примере 1, температура на выходе из радиантных камер секции 220 пиролиза снижена в результате изменений конструкции печи и рабочего режима для уменьшения количества тепла, которое должно извлекаться в конвекционных камерах секции 210' предварительного нагревания сырья. Газы продуктов в потоке 222 продуктов крекированного газа охлаждаются в теплообменнике сырьё/выходящий поток системы HX2 теплообменников, описанной выше, и дополнительно охлаждаются путём теплообмена подвергнутого теплообмену продукта в виде потока 225 с рециркуляционной и свежей водой, находящейся в линиях 212 и 226, в теплообменнике HX1 сырьё/выходящий поток. Затем извлекают разбавляющую воду путём закалки в ходе водной закалки 231; извлечённую воду, находящуюся в водной линии 226, возвращают обратно для использования в качестве разбавителя в секции 220 реакции пиролиза. Продукты в потоке 232 закалённого крекированного газа сжимают в ходе сжатия 233 крекированного газа, и высушивают сжатый поток 234 крекированного газа, а также удаляют кислые газы в ходе удаления кислых газов/удаления воды 235/237 для получения потока 238 высушенного крекированного газа. В примере 1, в отличие от традиционной установки, описанной в сравнительном примере 1, тепло для регенерации материала поглотителя сушилки крекированного газа обеспечивают с использованием электричества. Осуществляют фракционирование 240 продуктов потока 238 высушенного крекированного газа путём криогенного фракционирования 246 и связанного с ним криогенного охлаждения 243 в холодильной системе, которое выполнено с возможностью разделения целевых и побочных продуктов. Наряду с рециркуляционным этаном в виде потока 242 рециркуляционного этана, целевые и побочные продукты включают в себя 187,5 т/ч этилена в виде потока 250 этиленового продукта, 30 т/ч, заключающие в себе смесь водорода и метана в виде потока 244, содержащего водород и метан, а также 13 т/ч C₃₊-продуктов в виде потока 261 C₃₊-соединений, содержащего в основном пропилен и бутадиен.

В дополнение к ряду более мелких статей потребления, в частично электрифицированном процессе IV примера 1 имеются пять основных статей потребления энергии (смотрите таблицу 2): (1) испарение рециркуляционной и свежей воды (например, в теплообменнике HX1) для получения пара-разбавителя, (2) нагревание сырьевых газов почти до температуры реакции (например, при помощи системы HX2 теплообменников), (3) нагревание реактора крекинга (например, секции 220 реакции пиролиза) с целью обеспечения конечного подъёма температуры до температуры реакции и тепла для осуществления реакции, (4) энергия для приведения в действие компрессора крекированного газа (например, сжатия 233 крекированного газа) и (5) энергия для воплощения криогенного фракционирования (например, криогенного фракционирования 246 секции 240 фракционирования продуктов). Меньшие количества энергии потребляются для разных других целей. Некоторое количество из указанной энергии можно получать путём теплообмена с потоком продуктов при его охлаждении, а остальная часть должна подаваться извне. В условиях примера 1 имеются два местоположения, в которых используются внешние источники энергии. Первое находится в печах крекинга секции 220 реакции пиролиза, которые совместно потребляют 48 т/ч природного газа с заключённой в нём химической энергией, равной 737 МВт. Остальная энергия подаётся в виде 135 МВт возобновляемой электрической энергии. Отметим, что, в отличие от сравнительного примера 1, установка примера 1 не заключает в себе вспомогательного котла. Наиболее продуктивно упомянутую энергию можно распределять по различным потребителям энергии в рамках процесса путём тщательного согласования температур, типов энергии и энергосодержания. Определённое количество энергии может передаваться непосредственно путём теплообмена, тогда как некоторое количество тепла превращают в пар, который можно использовать либо для теплообмена, либо для совершения механической работы, такой как приведение в действие компрессора; электрическую энергию можно использовать либо для нагревания, либо для выполнения механической работы. В примере 1 для согласования подводов и отводов тепла выбрана логичная стратегия, но возможны и другие схемы, и они полагаются находящимися в пределах объёма настоящего раскрытия. В данном примере 1 для подачи энергии в систему 240 криогенного фракционирования используется 109 МВт возобновляемой электрической энергии. Вследствие того, что упомянутую энергию можно применять с высокой эффективностью (предположительно в данном случае, равной 95%), указанная электрическaя энергия может заменять 398 МВт энергии, подаваемой в виде пара в сравнительном примере 1. Дополнительные 14 МВт электрической энергии используются для подачи питания, опять же с гораздо более высокой эффективностью, в несколько водных насосов в 217, которые в сравнительном примере 1 приводятся в действие паром. Возобновляемая электрическая энергия используется также для подачи определённого количества тепла, равного 11,5 МВт, требуемого для испарения рециркуляционной и разбавляющей воды. Как и в сравнительном примере 1, некоторое количество энергии теряется в ходе водной закалки 231, а также на других стадиях процесса. Однако в условиях примера 1, соответствующего настоящему раскрытию, образуется значительно меньшее количество топочного газа в результате сгорания, так что количество энергии, которое теряется с указанным топочным газом (т.е. потери в дымовых трубах), является пропорционально меньшим, в данном случае всего лишь 99 МВт.

В таблице 2 показан энергетический баланс процесса с частичной электрификацией по примеру 1. Количество химической энергии, равное 737 МВт, подаётся за счёт сгорания природного газа, а также подаётся 135 МВт возобновляемой электрической энергии; это представляет общий подвод полезной энергии в процесс, равный 872 МВт, или на 32% меньше, чем в сравнительном примере 1. В дополнение к этому, 297 МВт передаются внутри процесса по примеру 1 в соответствии с настоящим раскрытием, например, при охлаждении газов продуктов. В примере 1 в паровую систему передаётся энергия в количестве 323 МВт, что меньше половины соответствующего количества, которое требуется в сравнительном примере 1. В примере 1 большую часть указанной энергии используют для приведения в действие компрессора крекированного газа сжатия 233 крекированного газа. Общие потери системы с топочным газом, потери вследствие неэффективности путей использования пара и электроэнергии, а также потери в закалочной системе и на других стадиях процесса составляют на 50% меньше, чем в сравнительном примере 1.

В таблице 3 представлена соответствующая статистика использования энергии для примера 1, соответствующего настоящему раскрытию. Общий расход природного газа в примере 1 составляет 385 000 тонн в год. Сгорание указанного топлива приводит к образованию атмосферных выбросов в количестве 132 т/ч CO₂, или 1,06 миллиона тонн CO₂ ежегодно; это отображает 45%-ное снижение по отношению к сравнительному примеру 1. 288 000 тонн в год сберегаемого природного газа можно использовать в другом месте, например, в качестве сырья для процесса синтеза метанола и/или аммиака. Удельный расход энергии составляет 16,7 ГДж на тонну полученного этилена, что на 32% меньше, чем в процессе сравнительного примера 1. Уменьшенное количество подаваемой полезной внешней энергии, равное 47%, теряется с дымовым газом, в ходе водной закалки 231 и на других стадиях процесса, а также вследствие неэффективности путей преобразования пара или электрической энергии в работу на валу (например, для сжатия крекированного газа в 233 и криогенного охлаждения в 243), что является значительным улучшением в сопоставлении со сравнительным примером 1.

Пример 2

В примере 2 представлена полная электрификация процесса парового крекинга, описанного в сравнительном примере 1, согласно варианту осуществления настоящего раскрытия. В примере 2 энергия, подаваемая вспомогательным котлом, отапливаемым природным газом, и печами крекинга в сравнительном примере 1, заменена возобновляемой электрической энергией, которая питает все компрессоры и насосы, привносит энергию для крекинга и обеспечивает тепло для испарения рециркуляционной и свежей воды. К тому же, теплообменник TLE сравнительного примера 1, заменён системой теплообменников, так что большое количество тепла, извлекаемого в результате охлаждения горячих газов продуктов, используется для предварительного нагревания сырьевых газов. Указанные изменения позволяют исключить паровую систему процесса и полностью избежать потерь с топочным газом.

Ключевые элементы указанной электрифицированной установки V примера 2 показаны на фиг. 7. Этановое сырьё 205 в количестве 236 т/ч объединяют с рециркуляционными газами, содержащимися в рециркуляционном потоке 242 этана, и потоком пар-разбавителя в виде пара-разбавителя 211; объединённый сырьевой поток 215 нагревают до 730°C путём теплообмена с охлаждающимися газами продуктов в системе HX2 теплообменников. Указанный теплообмен может достигаться различными способами, например, при помощи одного теплообменника сырьё/выходящий поток на реактор, ряда теплообменников сырьё/выходящий поток, либо одного или нескольких теплообменников сырьё/выходящий поток на реактор вместе с одним или несколькими теплообменниками продуктов, использующими образование пара для приёма тепла, соединённых с теплообменниками сырья, в которых энергия пара передаётся потоку сырья. Для целей данного примера использован один теплообменник сырьё/выходящий поток на реактор, однако конкретная конфигурация системы HX2 теплообменников может изменяться в случае, если она выполняется с возможностью извлечения как можно большего количества тепла при охлаждении газов продуктов и возвращения его для предварительного нагревания сырьевых газов. Затем осуществляют крекинг сырьевого потока при 840°C в печах секции 220 реакции пиролиза, обогреваемых с использованием возобновляемой электрической энергии. Газы продуктов в потоке 222 продуктов крекированного газа охлаждаются в теплообменнике сырьё/выходящий поток системы HX2 теплообменников, описанной выше, и дополнительно охлаждаются путём теплообмена подвергнутого теплообмену продукта в виде потока 225 с рециркуляционной и свежей водой, находящейся в линиях 212 и 226, в теплообменнике HX1 сырьё/выходящий поток. Затем извлекают разбавляющую воду путём закалки в ходе водной закалки 231; извлечённую воду, находящуюся в водной линии 226, возвращают обратно для использования в качестве разбавителя в секции 220 реакции пиролиза. В данном варианте осуществления, как показано на фиг. 7, водная закалка 231 может включать в себя функционирование башни водной закалки и колонны отпаривания воды, выполненных с возможностью работы при использовании электричества, а не пара. Продукты в потоке 232 закалённого крекированного газа сжимают в ходе сжатия 233 крекированного газа, а сжатый поток 234 крекированного газа высушивают и удаляют из него кислые газы в ходе удаления кислых газов/удаления воды 235/237 для получения потока 238 высушенного крекированного газа. В примере 1, в отличие от традиционной установки, описанной в сравнительном примере 1, тепло для регенерации материала поглотителя сушилки крекированного газа обеспечивают за счёт электрической энергии. Осуществляют фракционирование 240 продуктов потока 238 высушенного крекированного газа путём криогенного фракционирования 246 и связанного с ним криогенного охлаждения 243 в холодильной системе, которое выполнено с возможностью разделения целевых и побочных продуктов. Наряду с рециркуляционным этаном в виде потока 242 рециркуляционного этана, целевые и побочные продукты включают в себя 187,5 т/ч этилена в виде потока 250 этиленового продукта, 30 т/ч, заключающие в себе смесь водорода и метана в виде потока 244, содержащего водород и метан, а также 13 т/ч C₃₊-продуктов в виде потока 261 C₃₊-продуктов, содержащего в основном пропилен и бутадиен.

В дополнение к ряду более мелких статей потребления, в электрифицированном процессе V примера 2 имеются пять основных статей потребления энергии (смотрите таблицу 2): (1) испарение рециркуляционной и свежей воды (например, в теплообменнике HX1) для получения пара-разбавителя, (2) нагревание сырьевых газов почти до температуры реакции (например, при помощи системы HX2 теплообменников), (3) нагревание реактора крекинга с целью обеспечения конечного подъёма температуры до температуры реакции и тепла для осуществления реакции (например, нагревание электрического реактора секции 220 реакции пиролиза), (4) подача мощности для приведения в действие компрессора крекированного газа (например, сжатия 233 крекированного газа), и (5) энергия для воплощения криогенного фракционирования (например, криогенного фракционирования 246 секции 240 фракционирования продуктов). Меньшие количества энергии потребляются для разных других целей. Некоторую часть указанной энергии можно получать путём теплообмена с потоком продуктов при его охлаждении, а остальная часть должна подаваться извне. В примере 2 единственным внешним источником энергии является возобновляемая электрическая энергия. Указанную энергию можно распределять по различным потребителям энергии в рамках процесса с наиболее высокой эффективностью путём тщательного согласования температур, типов энергии и энергосодержания. Определённое количество энергии может передаваться непосредственно путём теплообмена. В отличие от сравнительного примера 1 и примера 1, в процессе данного примера 2 никакая энергия не преобразуется в пар, который используется для теплообмена или совершения механической работы, такой как приведение в действие компрессора. В примере 2 для согласования подводов и отводов тепла выбрана логичная стратегия, но возможны и другие схемы, и они полагаются находящимися в пределах объёма настоящего раскрытия. В данном примере 2 для подачи энергии в систему 240 криогенного фракционирования используется 109 МВт возобновляемой электрической энергии. Вследствие того, что упомянутую энергию можно применять с высокой эффективностью (предположительно в данном случае, равной 95%), указанные 109 МВт электрической энергии могут заменять 398 МВт энергии, подаваемой в виде пара в сравнительном примере 1. Дополнительные 10 МВт электрической энергии используются для подачи энергии, опять же с гораздо более высокой эффективностью, в несколько водных насосов в 217, которые в сравнительном примере 1 приводятся в действие паром. 57 МВт возобновляемой электрической энергии используются также для подачи определённого количества тепла, требуемого для испарения разбавляющей воды. Как и в сравнительном примере 1, некоторое количество энергии теряется в ходе водной закалки 231, а также на других стадиях процесса. Однако в условиях примера 2, соответствующего настоящему раскрытию, не образуется никакой топочный газ в результате сгорания, что полностью исключает это как источник потери энергии или выбросов CO₂.

В таблице 2 показан энергетический баланс для полностью электрифицированного процесса V примера 2. В процесс подаётся возобновляемая электрическая энергия в количестве 603 МВт; это представляет общий подвод полезной энергии в процесс, составляющий приблизительно на 53% меньше, чем в сравнительном примере 1. В дополнение к этому, 270 МВт передаются внутри процесса при охлаждении газов продуктов процесса V примера 2, который электрифицирован в соответствии с настоящим раскрытием. В отличие от сравнительного примера 1, в примере 2 не существует паровой системы, за исключением пара, используемого в качестве разбавителя сырья. Общие потери системы вследствие неэффективности путей использования электрической энергии, а также потери в закалочной системе и на других стадиях процесса составляют на 82% меньше, чем в сравнительном примере 1.

В таблице 3 представлена соответствующая статистика использования энергии для примера 2, соответствующего настоящему раскрытию. В примере 2 не расходуется природный газ и не образуется CO₂. 673 000 тонн в год сберегаемого природного газа можно использовать в другом месте, например, в качестве сырья для процесса синтеза метанола или аммиака. Удельный расход энергии составляет 11,6 ГДж на тонну полученного этилена, что на 53% меньше, чем в процессе сравнительного примера 1. Всего лишь 24% подаваемой полезной внешней энергии теряются в ходе водной закалки 231 и на других стадиях процесса, а также вследствие неэффективности путей преобразования электрической энергии в работу на валу (например, для сжатия крекированного газа в 233 и криогенного охлаждения в 243), что является значительным улучшением в сопоставлении со сравнительным примером 1.

Пример 3

В примере 3 представлена полная электрификация процесса парового крекинга, описанного в сравнительном примере 1, согласно варианту осуществления настоящего раскрытия. В данном примере, в отличие от примера 1, сохранён закалочно-испарительный аппарат 223, а энергия, улавливаемая им, преобразуется в пар и используется для разнообразных целей, тогда как другие части процесса, в том числе предварительное нагревание сырья, реактор пиролиза секции 220 реакции пиролиза и компрессор крекированного газа в 233, электрифицированы.

Ключевые элементы указанной электрифицированной установки VI показаны на фиг. 8. Этановое сырьё 205 в количестве 236 тонн в час (т/ч) подают в процесс и объединяют в смесителе секции 210 предварительной обработки сырья с рециркуляционным этаном, содержащимся в рециркуляционном потоке 242 этана, и паром-разбавителем в виде пара-разбавителя 211; объединённый сырьевой поток 215 нагревают до 650°C в электрическом подогревателе секции 210' предварительного нагревания, а затем нагревают до температуры реакции, равной 840°C, в печах секции 220 реакции пиролиза, обогреваемых с использованием возобновляемой электрической энергии. Упомянутая секция 220 реакции также подаёт тепло для осуществления реакции крекинга этана, которая является эндотермической. Выходящий газ процесса в виде потока 222 продуктов крекированного газа охлаждают до 400°C в закалочно-испарительном аппарате (TLE) 223 дополнительно охлаждают путём теплообмена продукта, содержащегося в потоке 225 закалённого с использованием устройства TLE крекированного газа, в теплообменнике HX1, который испаряет рециркуляционную и свежую воду, находящуюся в линиях 212 и 226. Затем извлекают разбавляющую воду путём закалки в ходе водной закалки 231; извлечённую воду, находящуюся в водной линии 226, возвращают обратно для использования в качестве разбавителя в секции 220 реакции пиролиза. Продукты в потоке 232 закалённого крекированного газа сжимают в ходе сжатия 233 крекированного газа, и высушивают сжатый поток 234 крекированного газа в ходе удаления кислых газов/удаления воды 235/237 для получения потока 238 высушенного крекированного газа. Осуществляют фракционирование 240 продуктов потока 238 высушенного крекированного газа путём криогенного фракционирования 246 и связанного с ним криогенного охлаждения 243 в холодильной системе, которое выполнено с возможностью разделения целевых и побочных продуктов. Наряду с рециркуляционным этаном в виде потока 242 рециркуляционного этана, целевые и побочные продукты включают в себя 187,5 т/ч этилена в виде потока 250 этиленового продукта, 30 т/ч, заключающие в себе смесь водорода и метана в виде потока 244, содержащего водород и метан, а также 13 т/ч C₃₊-продуктов в виде потока 261 C₃₊-соединений, содержащего в основном пропилен и бутадиен.

В дополнение к ряду более мелких статей потребления, в электрифицированном процессе VI примера 3 имеются шесть основных статей потребления энергии (смотрите таблицу 2): (1) испарение рециркуляционной и свежей воды (например, в теплообменнике HX1) для получения пара, (2) нагревание сырьевых газов почти до температуры реакции (например, при помощи электрического подогревателя секции 210' предварительного нагревания), (3) нагревание реакторов крекинга с целью обеспечения конечного подъёма температуры до температуры реакции и тепла для осуществления реакции (например, нагревание электрического реактора секции 220 реакции пиролиза), (4) подача мощности для приведения в действие компрессора крекированного газа (например, сжатия 233 крекированного газа), (5) энергия для воплощения криогенного фракционирования (например, криогенного фракционирования 246 секции 240 фракционирования продуктов) и (6) перегревание пара в электрическом перегревателе 227. Меньшие количества энергии потребляются для разных других целей. Некоторую часть указанной энергии можно получать путём теплообмена с потоком продуктов при его охлаждении, а остальная часть должна подаваться извне. В примере 3 единственным внешним источником энергии является возобновляемая электрическая энергия. Указанную энергию можно распределять по различным потребителям энергии в рамках процесса с наиболее высокой эффективностью путём тщательного согласования температур, типов энергии и энергосодержания. Определённое количество энергии может передаваться непосредственно путём теплообмена. В примере 3 для согласования подводов и отводов тепла выбрана логичная стратегия, но возможны и другие схемы, и они полагаются находящимися в пределах объёма настоящего раскрытия. В данном примере 3 для подачи энергии в камеру 233 сжатия крекированного газа используется 69 МВт возобновляемой электрической энергии. Вследствие того, что упомянутую энергию можно применять с высокой эффективностью (предположительно в данном случае, равной 95%), указанные 69 МВт электрической энергии могут заменять 252 МВт энергии, подаваемой в виде пара в сравнительном примере 1. Дополнительные 14 МВт электрической энергии используются для подачи энергии, опять же с гораздо более высокой эффективностью, в несколько водных насосов в 217, которые в сравнительном примере 1 приводятся в действие паром. Возобновляемая электрическая энергия в количестве 355 МВт используется для подачи тепла, требуемого для предварительного нагревания сырья, а также воды для питания котлов в электрической секции 210' предварительного нагревания. Возобновляемая электрическая энергия в количестве 392 МВт используется для подачи тепла, требуемого для нагревания сырья до температуры реакции, и тепла для протекания реакции в электрическом реакторе секции 220 реакции пиролиза. Возобновляемая электрическая энергия в количестве 91 МВт используется для подачи тепла с целью перегревания пара высокого давления в электрическом перегревателе 227. Как и в сравнительном примере 1, некоторое количество энергии теряется в ходе водной закалки 231, а также на других стадиях процесса. Однако в условиях примера 3, соответствующего настоящему раскрытию, не образуется никакой топочный газ в результате сгорания, что полностью исключает это как источник потери энергии или выбросов CO₂.

В таблице 2 показан энергетический баланс для полностью электрифицированного процесса VI примера 3. В процесс подаётся возобновляемая электрическая энергия в количестве 921 МВт; это представляет общий подвод полезной энергии в процесс, составляющий на 29% меньше, чем в сравнительном примере 1. В дополнение к этому, согласно примеру 3, соответствующему настоящему раскрытию, 310 МВт тепловой энергии передаются внутри процесса, в основном при охлаждении газов продуктов. Суммарная энергия, подаваемая в паровую систему в примере 3, составляет 440 МВт, что на 42% меньше количества, которое требуется в сравнительном примере 1. В примере 3 большая часть упомянутой энергии пара используется для приведения в действие компрессоров секции 243 криогенного охлаждения. Общие потери процесса, описанного в примере 3, обусловленные неэффективностью путей использования электроэнергии, неэффективностью путей использования пара для совершения работы на валу, потери в закалочной системе и на других стадиях процесса, составляют на 44% меньше, чем в сравнительном примере 1.

В таблице 3 представлена соответствующая статистика использования энергии для примера 3, соответствующего настоящему раскрытию. В примере 3 не расходуется природный газ и не образуется CO₂. 673 000 тонн в год сберегаемого природного газа можно использовать в другом месте, например, в качестве сырья для процесса синтеза метанола. Удельный расход энергии составляет 17,7 ГДж на тонну полученного этилена, что на 28% меньше, чем в процессе сравнительного примера 1. В данном примере 3, 50% подаваемой полезной внешней энергии теряются в ходе водной закалки 231 и на других стадиях процесса, а также вследствие неэффективности путей преобразования пара или электрической энергии в работу на валу (например, для криогенного охлаждения в 243), что является значительным улучшением в сопоставлении со сравнительным примером 1.

Сопоставление примеров 1, 2 и 3 обнаруживает наличие некоторых компромиссных решений, которые возникают при рассмотрении электрификации. В зависимости от конкретной конфигурации существующей установки, может быть легче или труднее воплощать определённые модификации, отдавая предпочтение определённым типам электрификации над другими. Наилучшее сочетание выбранных модификаций может быть определено специалистом в данной области техники в соответствии с указаниями настоящего раскрытия, и такие сочетания находятся в пределах объёма настоящего раскрытия.

Сопоставление статистики использования энергии в примерах 1, 2 и 3 также обнаруживает компромиссные решения при выборе модификаций для частичной электрификации. Энергоэффективность в примерах 1 и 2 выше, чем в примере 3, а общее количество потребляемой энергии ниже. Однако расход природного газа и выбросы CO₂ выше в примере 1, чем в примере 3. Это является следствием того, как используется добавляемая возобновляемая энергия: в примере 1 электрическая энергия используется в основном для совершения механической работы, что представляет собой приращение эффективности, тогда как в примере 3 определённое количество электрической энергии используется для замены топлива, подаваемого в печи крекинга, что снижает расход топлива и выбросы CO₂. То, какой из возможных вариантов является предпочтительным, будет зависеть от потребностей и ограничений модифицируемой или проектируемой установки. Наилучшее сочетание модификаций для частичной электрификации может быть определено специалистом в данной области техники в соответствии с указаниями настоящего раскрытия, и такие сочетания находятся в пределах объёма настоящего раскрытия.

Пример 4

В варианте осуществления, отображённом на фиг. 9, процесс VII включает в себя узел 260 разделения газов, добавленный в процесс V, описанный в примере 2. Узел 260 разделения газов может заключать в себе узел адсорбции при переменном давлении (PSA). Узел 260 разделения газов выполнен с возможностью очистки потока 244, содержащего водород и метан. Согласно примеру 2, описанному выше в настоящем документе, поток 244 характеризуется скоростью протекания, равной 30,1 т/ч, и содержит 48 массовых % (88 мол. %) водорода и 52 массовых % (12 мол. %) метана. В узле 260 разделения газов (например, PSA узел 260 разделения газов) потребляется 3 МВт электрической энергии и образуется два потока продуктов, метановый поток 247, состоящий по существу из чистого метана, и водородный поток 248, состоящий по существу из чистого водорода. При помощи данного процесса VII, очищенный водород, получаемый в PSA узле 260, можно подавать в количестве 14,3 т/ч в топливный элемент 270, где водород превращается в воду в виде потока 249 воды и электрическую энергию E с электрическим коэффициентом полезного действия, равным 45%, что приводит к непрерывной выработке 253 МВт электрической энергии. Полезную электрическую энергию (250 МВт) используют для подачи 41% из 603 МВт электроэнергии, требуемой для процесса (как описано в настоящем документе выше для процесса V примера 2; смотрите таблицу 2.)

Пример 5

В данном варианте осуществления процесс VII, описанный в примере 4, дополнительно включает в себя устройство 280 для сжатия и хранения водорода, заключающее в себе, по меньшей мере, один компрессор и резервуар для хранения, выполненное с возможностью сжатия и хранения образующихся 14,3 т/ч очищенного водорода (который можно вводить в устройство по линии 248A) и предназначенное для использования в случае снижения доступности возобновляемой электрической энергии или в случае, когда она является более дорогой. При необходимости сжатый и хранимый водород можно объединять (например, через посредство линии 248B) с водородом, образующимся в данное время (например, водородом в линии 248) в результате осуществления процесса VII, и оба из них можно преобразовывать в электрическую энергию с использованием топливного элемента 270. Период времени использования хранимого водорода для выработки электрической энергии может определяться специалистом в данной области техники в соответствии с разнообразными факторами. Как одна из возможностей, если днём доступно определённое количество возобновляемой электрической энергии, 172 тонны водорода можно будет собирать и хранить в течение двенадцатичасового периода. Высвобождение упомянутого водорода в течение следующих двенадцати часов и объединение его с 14,3 т/ч водорода, по-прежнему получаемого в процессе, приведёт к тому, что приблизительно 503 МВт электроэнергии будут доступны постоянно в течение двенадцати часов. Это сможет обеспечить подачу 80% из 603 МВт электроэнергии, требуемой для функционирования процесса.

Таблица 2: Энергетические балансы процессов сравнительного примера 1 и примеров 1-3 Сравнительный пример 1 Пример 1 Пример 2 Пример 3 Подвод внешней энергии: (все значения
в МВт) (все значения
в МВт) (все значения
в МВт) (все значения
в МВт) Печи крекинга секции реакции пиролиза 220 920 737 0 0 Вспомогательный котёл 221 369 0 0 0 Внешняя электроэнергия 0 135 603 921 Всего: полезная внешняя энергия 1289 872 603 921 Деаэратор 216 33,5 20 0 33,5 TLE 223 или теплообменник сырьё/выходящий поток, HX2 202 256 256 202 Испаритель HX1 68 14 14 68 Отпарная колонна воды водной закалки 231 5,4 5,4 0 5,4 Генератор деметанизатора 1,6 1,6 1,6 1,6 Итого 1599 1169 875 1231 Потребление тепла: Предварительный нагрев сырья 219 256 256 0 Испарение разбавителя HX1 68 14 14 68 Реактор крекинга секции 220 реакции пиролиза 372 335 0 0 Генерирование пара 759 323 0 202 Итого 1418 927 270 270 Потребление пара: Деаэратор 216 33,5 20 0 33,5 Испарение разбавителя HX1 0 43 0 0 Водная закалка 231 5,4 5,4 0 5,4 Компрессор
крекированного газа в 233 65 65 0 0 Криогенное охлаждение в 243 103 0 0 103 Другие насосы, разное в 217 19 0 0 0 Итого 226 134 0 142 Потребление электроэнергии: Предварительный нагрев и перегрев пара 0 0 0 205 Испарение разбавителя в HX1 0 11,5 54 0 Предварительный нагрев сырья 0 0 0 219 Реактор крекинга секции 220 реакции пиролиза 0 0 334 372 Водная закалка 231 0 0 5,4 0 Компрессор крекированного газа в 233 0 0 65 65 Криогенное охлаждение в 243 0 103 103 0 Другие насосы, разное в 217 1,5 15 11 15 Итого 1,5 130 573 877 Потери энергии: Потери в дымовых трубах 174 99 0 0 Технологические потери 113 113 113 113 Потери, обусловленные неэффективностью потребления пара 533 189 0 298 Потери, обусловленные неэффективностью потребления электрической энергии 0,1 6,8 31 46 Итого 820 408 144 457

Несмотря на то, что показаны и описаны разнообразные варианты осуществления, специалистом в данной области техники могут быть воплощены их модифицированные варианты без отступления от существа и указаний настоящего раскрытия, Варианты осуществления, изложенные в настоящем документе, приведены лишь в качестве примеров и не подразумеваются как ограничивающие. Возможны многие изменения и модификации объекта изобретения, раскрытого в данном документе, и они находятся в пределах объёма настоящего раскрытия. Следует понимать, что там, где числовые диапазоны или ограничения указаны в явном виде, такие выраженные явным образом диапазоны или ограничения включают в себя итерационные диапазоны или ограничения подобной величины, попадающей в пределы указанных в явном виде диапазонов или ограничений (например, диапазон от значения около 1 примерно до 10 включает в себя 2, 3, 4 и т.д.; диапазон значений больше 0,10 включает в себя 0,11; 0,12; 0,13 и т.д.). Например, в любом случае, когда раскрывается числовой диапазон с нижним пределом R_L и верхним пределом R_U, конкретно раскрывается любое число, попадающее в пределы данного диапазона. В частности, в пределах данного диапазона определённо раскрываются следующие числа: R=R_L+k*(R_U-R_L), где k является переменной, находящейся в диапазоне от 1 процента до 100 процентов с шагом в 1 процент, т.е. k равно 1 проценту, 2 процентам, 3 процентам, 4 процентам, 5 процентам, ... 50 процентам, 51 проценту, 52 процентам, ... , 95 процентам, 96 процентам, 97 процентам, 98 процентам, 99 процентам или 100 процентам. Более того, любой числовой диапазон, определяемый двумя числами R, описанными выше, также определённо раскрывается. Подразумевается, что употребление термина «необязательно» по отношению к любому элементу пункта формулы изобретения означает, что упомянутый элемент объекта изобретения требуется или, в качестве альтернативы, не требуется. Подразумевается, что обе альтернативы находятся в пределах объёма пункта формулы изобретения. Употребление более широких терминов, таких как «содержит, включает в себя, имеющийся» и т.д. следует понимать как обеспечение подтверждения более узких терминов, таких как «состоящий из, состоящий по существу из, составленный по существу из» и т.д.

Соответственно, объём защиты не ограничивается описанием, изложенным выше, а ограничивается только формулой изобретения, следующей ниже, при этом упомянутый объём включает в себя все эквиваленты объекта изобретения, указанные в формуле изобретения. Всякий и каждый пункт формулы изобретения включён в описание как вариант осуществления настоящего раскрытия. Таким образом, формула изобретения представляет собой дополнительное описание и является дополнением к вариантам осуществления настоящего раскрытия. Обсуждение ссылки не является признанием того, что она представляет предшествующий уровень техники для настоящего раскрытия, в особенности какая-либо ссылка, которая может иметь дату публикации после даты приоритета настоящей заявки. Раскрытия всех патентов, заявок на патенты и публикаций, цитированных в данном документе, включены настоящим путём ссылки в той степени, в какой они привносят типовые, процедурные или другие подробности, дополняющие те, что изложены в настоящем документе.

ДОПОЛНИТЕЛЬНОЕ РАСКРЫТИЕ. ЧАСТЬ I

Конкретные варианты осуществления, раскрытые выше, являются лишь иллюстративными, поскольку настоящее раскрытие можно модифицировать и воплощать на практике различными, но эквивалентными способами, очевидными для специалистов в данной области техники, в которых проявляется положительный эффект при использовании сведений, сообщаемых в настоящем документе. Кроме того, не подразумевается никаких ограничений в отношении подробностей конструкции или схемы, показанных в настоящем документе, отличных от описанных ниже в формуле изобретения. С учётом вышесказанного очевидно, что конкретные иллюстративные варианты осуществления, раскрытые выше, можно изменять или модифицировать, и все такие варианты полагаются находящимися в пределах объёма и существа настоящего раскрытия. Альтернативные варианты осуществления, которые появляются в результате сочетания, объединения и/или исключения признаков варианта (вариантов) осуществления также находятся в пределах объёма данного раскрытия. Хотя составы и способы описаны в более широких терминах: «имеющий», «содержащий», «заключающий в себе» или «включающий в себя» различные компоненты или стадии, составы и способы также могут «состоять по существу из» или «состоять из» различных компонентов и стадий. Употребление термина «необязательно» по отношению к любому элементу пункта формулы изобретения означает, что упомянутый элемент требуется или, в качестве альтернативы, он не требуется, при этом обе альтернативы находятся в пределах объёма пункта формулы изобретения.

Числа и диапазоны, раскрытые выше, могут в некоторой степени изменяться. В любом случае, когда раскрывается числовой диапазон с нижним пределом и верхним пределом, конкретно раскрываются любое число и любой включённый в него диапазон, попадающие в пределы данного диапазона. В частности, следует понимать, что каждый диапазон значений (формата «от значения около a примерно до b», или эквивалентно «приблизительно от a до b», или эквивалентно «приблизительно a-b»), раскрытый в настоящем документе, описывает каждое число и диапазон, охватываемые пределами более широкого диапазона значений. К тому же, термины, употребляемые в формуле изобретения, имеют своё общепринятое, обычное значение, если только патентообладателем явно и отчётливо не определено иного. Кроме того, в настоящем документе предполагается, что термины один или любой, обозначают один или нескольких элементов, которые они вводят. Если в данном описании и одном или нескольких патентах, или других документах, имеется какое-либо противоречие в вариантах употребления слова или термина, следует принимать определения, которые согласуются с данным описанием.

Варианты осуществления, раскрытые в настоящем документе, включают в себя следующее:

A: установка синтеза олефинов для получения низших олефинов, включающая в себя секцию предварительной обработки сырья, выполненную с возможностью осуществления предварительной обработки сырьевого потока; секцию пиролиза, заключающую в себе один или несколько реакторов пиролиза, выполненную с возможностью осуществления крекинга углеводородов в сырьевом потоке в присутствии разбавителя для получения потока крекированного газа; секцию первичного фракционирования и сжатия, выполненную с возможностью извлечения тепла из потока крекированного газа и его закалки; удаления топливного масла, сероводорода, диоксида углерода, воды, бензина пиролиза или их сочетания из потока крекированного газа; и сжатия потока крекированного газа, что в результате обеспечивает получение сжатого потока крекированного газа; и/или секцию разделения продуктов, выполненную с возможностью выделения потока товарных олефинов из сжатого потока крекированного газа, при этом установка синтеза олефинов выполнена таким образом, что, в сопоставлении с традиционной установкой синтеза олефинов, большее количество энергии и/или полезной энергии, требуемой для установки синтеза олефинов, секции предварительной обработки сырья, секции пиролиза, секции первичного фракционирования и сжатия, секции разделения продуктов или их сочетания, обеспечивается за счёт источника неуглеродной энергии, источника возобновляемой энергии и/или электрической энергии.

B: установка синтеза олефинов для получения низших олефинов, включающая в себя секцию предварительной обработки сырья, выполненную с возможностью осуществления предварительной обработки сырьевого потока, секцию пиролиза, заключающую в себе один или несколько реакторов пиролиза, выполненную с возможностью осуществления крекинга углеводородов в сырьевом потоке в присутствии разбавителя для получения потока крекированного газа; секцию первичного фракционирования и сжатия, выполненную с возможностью извлечения тепла из потока крекированного газа и его закалки, удаления топливного масла, сероводорода, диоксида углерода, воды, бензина пиролиза или их сочетания из потока крекированного газа и сжатия потока крекированного газа с получением таким образом сжатого потока крекированного газа; и/или секцию разделения продуктов, выполненную с возможностью выделения потока товарных олефинов из сжатого потока крекированного газа, при этом установка синтеза олефинов выполнена таким образом, что большая часть технологической энергии и/или полезной технологической энергии, требуемой для установки синтеза олефинов, секции предварительной обработки сырья, секции пиролиза, секции первичного фракционирования, секции разделения продуктов или их сочетания, обеспечивается за счёт электрической энергии.

C: описанное в настоящем документе устройство для осуществления способа, как в любом из вариантов осуществления, описанных в настоящем раскрытии.

Каждый из вариантов осуществления, A, B и C, может иметь один или несколько из следующих дополнительных элементов: элемент 1, в котором источник неуглеродной энергии заключает в себе электрическую энергию; элемент 2, в котором электрическую энергию получают из источника возобновляемой энергии и/или в котором источник возобновляемой энергии включает энергию ветра, солнечную, геотермальную, гидроэлектрическую, ядерную, приливную, волновую энергию или их сочетание; элемент 3, в котором заданная температура крекинга в одном или нескольких реакторах пиролиза достигается без сжигания топлива, углеродного топлива и/или ископаемого топлива; элемент 4, в котором на установке синтеза олефинов не сжигают никакое топливо, углеродное топливо и/или ископаемое топливо; элемент 5, в котором количество CO₂, производимого на тонну полученного этилена, снижается до величины менее 1,2 тонны CO₂ на тонну этилена; элемент 6, в котором удельный расход энергии, вычисленный на основе подводов полезной энергии составляет менее 17 ГДж/т; элемент 7, в котором количество расходуемой электрической энергии равно 50 МВт или больше; элемент 8, в котором один или несколько реакторов пиролиза нагревают до заданной температуры крекинга путём резистивного и/или индуктивного нагрева; элемент 9, в котором один или несколько реакторов пиролиза нагревают до заданной температуры крекинга через посредство радиантной камеры, в которой тепло, генерируемое при помощи электроэнергии, используется для нагревания радиационных панелей, которые передают тепло одному или нескольким реакторам пиролиза путём излучения; элемент 10, в котором разбавитель заключает в себе пар; элемент 11, в котором, за исключением получения пара для использования в качестве разбавителя в одном или нескольких реакторах пиролиза и/или облегчения переноса тепла с потоком крекированного газа, пар не производят для использования в качестве основной энергопередаточной среды; элемент 12, в котором большую часть, определённую часть пара или весь пар, используемый в качестве разбавителя в одном или нескольких реакторах пиролиза, одной или нескольких, большинстве или всех паровых турбинах установки или их сочетании, производят с использованием электричества; элемент 13, в котором секция первичного фракционирования и сжатия, секция разделения продуктов или обе заключают в себе один или несколько компрессоров, и в которой, по меньшей мере, половина или большинство из отдельных или нескольких компрессоров выполнены с возможностью работы не с газовым или не с паровым приводом; элемент 14, в котором секция первичного фракционирования и сжатия, секция разделения продуктов или обе заключают в себе один или несколько компрессоров и в которой, по меньшей мере, один из отдельных или нескольких компрессоров выполнен с возможностью бифункциональной работы посредством функционирования и с приводом от электродвигателя, и с газовым приводом, либо и с приводом от электродвигателя, и с паровым приводом; элемент 15, в котором секция первичного фракционирования и сжатия, секция разделения продуктов или обе заключают в себе один или несколько компрессоров, и дополнительно заключающую в себе компрессоры с двойными приводами на одной или нескольких ступенях сжатия секции первичного фракционирования и сжатия, секции разделения продуктов или обеих, так что ступень сжатия можно выполнять при помощи первого из двойных приводов, который включён, когда второй из двойных приводов выключен, и наоборот, при этом первый из двойных приводов приводится в действие электродвигателем, а второй из двойных приводов приводится в действие паром или за счёт сгорания топлива; элемент 16, в котором конфигурация установки обеспечивает возможность работы одного или нескольких компрессоров с использованием возобновляемой электрической энергии, когда она доступна, и работы с использованием пара, полученного за счёт сгорания, или работы за счёт сгорания газа, когда возобновляемая электрическая энергия недоступна; элемент 17, в котором возобновляемая электрическая энергия обеспечивается за счёт энергии ветра, солнечной, геотермальной, гидроэлектрической, ядерной, приливной, волновой энергии или их сочетания; элемент 18, в котором секция первичного фракционирования и сжатия, секция разделения продуктов или обе заключают в себе одну или несколько дистилляционных колонн и связанные с ними кипятильники, и в котором, по меньшей мере, часть энергии, предназначенной для одной или нескольких дистилляционных колонн, подают и/или отводят при помощи электроэнергии; элемент 19, дополнительно включающий в себя хранимую энергию в форме сжатого водорода, сжатого углеводорода (углеводородов) сырья, сжатого углеводорода (углеводородов) продуктов, криогенных жидкостей, тепловых батарей, электрических батарей или их сочетания, так что хранимую энергию в виде сжатого водорода, сжатого углеводорода (углеводородов) сырья, сжатого углеводорода (углеводородов) продуктов, криогенных жидкостей, тепловых батарей, электрических батарей или их сочетания можно использовать, когда возобновляемая электрическая энергия недоступна; элемент 20, включающий в себя: (a) резервуар для хранения сырья в виде сжатого этана или СНГ при высоком давлении, при этом хранимое сырьё в виде сжатого этана или СНГ позднее можно расширять для генерирования электроэнергии и впоследствии использовать как сырьё; (b) резервуар для хранения сырья в виде сжатого этана или пропана при низкой температуре, при этом хранимое сырьё в виде сжатого этана или СНГ позднее можно использовать в качестве хладагента, а после этого использовать как сырьё; или (c) их сочетание; элемент 21, дополнительно включающий в себя устройство для получения электрической энергии, выполненное с возможностью выработки электроэнергии за счёт давления или тепла на установке синтеза олефинов; элемент 22, в котором устройство для получения электрической энергии заключает в себе экспандер, термоэлектрическое устройство или их сочетание; элемент 23, в котором один или несколько реакторов пиролиза выполнены с возможностью осуществления крекинга газообразного или жидкого углеводородного сырья, содержащего нафту, этан, пропан, бутан, СНГ, конденсат, газойль, непревращённый гидровоск (кубовый остаток продуктов реактора гидрокрекинга), воск синтеза Фишера-Тропша, подвергнутую гидроочистке сырую нефть и её производные, пиролизное масло из подвергнутых вторичной переработке пластиков, биомасла, дизельное биотопливо, бионафту или их сочетание; элемент 24, выполненный так, что для совершения механической работы на установке синтеза олефинов не используют пар; элемент 25, выполненный с возможностью исключения образования топочного газа сгорания; элемент 26, дополнительно включающий в себя один или несколько топливных элементов, выполненных с возможностью генерирования электрической энергии из водорода, полученного на установке синтеза олефинов; элемент 27, выполненный с возможностью направления водорода, полученного на установке синтеза олефинов, на установку синтеза аммиака и/или превращения водорода, полученного на установке синтеза олефинов, в аммиак по реакции с азотом; элемент 28, выполненный с возможностью направления метана, полученного на установке синтеза олефинов, на установку синтеза метанола и/или превращения метана, полученного на установке синтеза олефинов, в метанол.

ДОПОЛНИТЕЛЬНОЕ РАСКРЫТИЕ. ЧАСТЬ II

Ниже следуют неограничивающие, конкретные варианты осуществления в соответствии с настоящим раскрытием:

Первый вариант осуществления, который представляет установку синтеза олефинов для получения низших олефинов, включающую в себя секцию предварительной обработки сырья, выполненную с возможностью осуществления предварительной обработки сырьевого потока; секцию пиролиза, заключающую в себе один или несколько реакторов пиролиза, выполненную с возможностью осуществления крекинга углеводородов в сырьевом потоке в присутствии разбавителя для получения потока крекированного газа; секцию первичного фракционирования и сжатия, выполненную с возможностью извлечения тепла из потока крекированного газа и его закалки; удаления топливного масла, сероводорода, диоксида углерода, воды, бензина пиролиза или их сочетания из потока крекированного газа; и сжатия потока крекированного газа, что в результате обеспечивает получение сжатого потока крекированного газа; и/или секцию разделения продуктов, выполненную с возможностью выделения потока товарных олефинов из сжатого потока крекированного газа, при этом установка синтеза олефинов выполнена таким образом, что, в сопоставлении с традиционной установкой синтеза олефинов, большее количество энергии и/или полезной энергии, требуемой для установки синтеза олефинов, секции предварительной обработки сырья, секции пиролиза, секции первичного фракционирования и сжатия, секции разделения продуктов или их сочетания, обеспечивается за счёт источника неуглеродной энергии, источника возобновляемой энергии и/или электрической энергии.

Второй вариант осуществления, который представляет установку синтеза олефинов первого варианта осуществления, в которой источник неуглеродной энергии заключает в себе электрическую энергию.

Третий вариант осуществления, который представляет установку синтеза олефинов для получения низших олефинов, включающую в себя секцию предварительной обработки сырья, выполненную с возможностью осуществления предварительной обработки сырьевого потока, секцию пиролиза, заключающую в себе один или несколько реакторов пиролиза, выполненную с возможностью осуществления крекинга углеводородов в сырьевом потоке в присутствии разбавителя для получения потока крекированного газа; секцию первичного фракционирования и сжатия, выполненную с возможностью извлечения тепла из потока крекированного газа и его закалки, удаления топливного масла, сероводорода, диоксида углерода, воды, бензина пиролиза или их сочетания из потока крекированного газа и сжатия потока крекированного газа с получением таким образом сжатого потока крекированного газа; и/или секцию разделения продуктов, выполненную с возможностью выделения потока товарных олефинов из сжатого потока крекированного газа, при этом установка синтеза олефинов выполнена таким образом, что большая часть технологической энергии и/или полезной технологической энергии, требуемой для установки синтеза олефинов, секции предварительной обработки сырья, секции пиролиза, секции первичного фракционирования, секции разделения продуктов или их сочетания, обеспечивается за счёт электрической энергии.

Четвёртый вариант осуществления, представляющий установку синтеза олефинов второго или третьего варианта осуществления, в которой электрическую энергию получают из источника возобновляемой энергии и/или в которой источник возобновляемой энергии включает энергию ветра, солнечную, геотермальную, гидроэлектрическую, ядерную, приливную, волновую энергию или их сочетание.

Пятый вариант осуществления, представляющий установку синтеза олефинов первого, второго или третьего варианта осуществления, в которой заданная температура крекинга в одном или нескольких реакторах пиролиза достигается без сжигания топлива, углеродного топлива и/или ископаемого топлива.

Шестой вариант осуществления, представляющий установку синтеза олефинов первого, второго или третьего варианта осуществления, в котором на установке синтеза олефинов не сжигают никакого топлива, углеродного топлива или ископаемого топлива.

Седьмой вариант осуществления, представляющий установку синтеза олефинов первого, второго или третьего варианта осуществления, в которой количество CO₂, производимого на тонну полученного этилена, снижается до величины менее 1,2 тонн CO₂ на тонну этилена.

Восьмой вариант осуществления, представляющий установку синтеза олефинов первого, второго или третьего варианта осуществления, в которой удельный расход энергии, вычисленный на основе подводов полезной энергии, составляет менее 17 ГДж/т.

Девятый вариант осуществления, представляющий установку синтеза олефинов первого, второго или третьего варианта осуществления, в которой количество потребляемой электрической энергии равно 50 МВт или больше.

Десятый вариант осуществления, представляющий установку синтеза олефинов первого, второго или третьего варианта осуществления, в которой один или несколько реакторов пиролиза нагревают до заданной температуры крекинга путём резистивного и/или индуктивного нагрева.

Одиннадцатый вариант осуществления, представляющий установку синтеза олефинов первого, второго или третьего варианта осуществления, в которой один или несколько реакторов пиролиза нагревают до заданной температуры крекинга через посредство радиантной камеры, в которой тепло, генерируемое при помощи электроэнергии, используется для нагревания радиационных панелей, которые передают тепло одному или нескольким реакторам пиролиза путём излучения.

Двенадцатый вариант осуществления, представляющий установку синтеза олефинов первого, второго или третьего варианта осуществления, в которой разбавитель заключает в себе пар.

Тринадцатый вариант осуществления, который представляет установку синтеза олефинов двенадцатого варианта осуществления, в которой, за исключением получения пара для использования в качестве разбавителя в одном или нескольких реакторах пиролиза и/или облегчения переноса тепла с потоком крекированного газа, пар не производят для использования в качестве основной энергопередаточной среды.

Четырнадцатый вариант осуществления, который представляет установку синтеза олефинов двенадцатого варианта осуществления, в которой большую часть, определённую часть пара или весь пар, используемый в качестве разбавителя в одном или нескольких реакторах пиролиза, одной или нескольких, большинстве или всех паровых турбинах установки, или их сочетании, производят с использованием электричества.

Пятнадцатый вариант осуществления, который представляет установку синтеза олефинов первого, второго или третьего варианта осуществления, в которой секция первичного фракционирования и сжатия, секция разделения продуктов или обе заключают в себе один или несколько компрессоров, и в которой, по меньшей мере, половина или большинство из отдельных или нескольких компрессоров выполнены с возможностью работы не с газовым или не с паровым приводом.

Шестнадцатый вариант осуществления, представляющий установку синтеза олефинов первого, второго или третьего варианта осуществления, в которой секция первичного фракционирования и сжатия, секция разделения продуктов или обе заключают в себе один или несколько компрессоров и в которой, по меньшей мере, один из отдельных или нескольких компрессоров выполнен с возможностью бифункциональной работы посредством функционирования и с приводом от электродвигателя, и с газовым приводом, либо и с приводом от электродвигателя, и с паровым приводом.

Семнадцатый вариант осуществления, который представляет установку синтеза олефинов первого, второго или третьего варианта осуществления, в которой секция первичного фракционирования и сжатия, секция разделения продуктов или обе заключают в себе один или несколько компрессоров, и дополнительно заключающую в себе компрессоры с двойными приводами на одной или нескольких ступенях сжатия секции первичного фракционирования и сжатия, секции разделения продуктов или обеих, так что ступень сжатия можно выполнять при помощи первого из двойных приводов, который включён, когда второй из двойных приводов выключен, и наоборот, при этом первый из двойных приводов приводится в действие электродвигателем, а второй из двойных приводов приводится в действие паром или за счёт сгорания топлива.

Восемнадцатый вариант осуществления, представляющий установку синтеза олефинов пятнадцатого, шестнадцатого или семнадцатого варианта осуществления, конфигурация которой обеспечивает возможность работы одного или нескольких компрессоров с использованием возобновляемой электрической энергии, когда она доступна, и работы с использованием пара, полученного за счёт сгорания, или работы за счёт сгорания газа, когда возобновляемая электрическая энергия недоступна.

Девятнадцатый вариант осуществления, представляющий установку синтеза олефинов любого из вариантов осуществления, с пятнадцатого по восемнадцатый, в которой возобновляемая электрическая энергия обеспечивается за счёт энергии ветра, солнечной, геотермальной, гидроэлектрической, ядерной, приливной, волновой энергии или их сочетания.

Двадцатый вариант осуществления, который представляет установку синтеза олефинов первого, второго или третьего варианта осуществления, в которой секция первичного фракционирования и сжатия, секция разделения продуктов или обе заключают в себе одну или несколько дистилляционных колонн и связанные с ними кипятильники, и в которой, по меньшей мере, часть энергии, предназначенной для одной или нескольких дистилляционных колонн, подают и/или отводят при помощи электроэнергии.

Двадцать первый вариант осуществления, представляющий установку синтеза олефинов первого, второго или третьего варианта осуществления, дополнительно включающую в себя хранимую энергию в форме сжатого водорода, сжатого углеводорода (углеводородов) сырья, сжатого углеводорода (углеводородов) продуктов, криогенных жидкостей, тепловых батарей, электрических батарей или их сочетания, так что хранимую энергию в виде сжатого водорода, сжатого углеводорода (углеводородов) сырья, сжатого углеводорода (углеводородов) продуктов, криогенных жидкостей, тепловых батарей, электрических батарей или их сочетания можно использовать, когда возобновляемая электрическая энергия недоступна.

Двадцать второй вариант осуществления, который представляет установку синтеза олефинов двадцать первого варианта осуществления, включающую в себя: (a) резервуар для хранения сырья в виде сжатого этана или СНГ при высоком давлении, при этом хранимое сырьё в виде сжатого этана или СНГ позднее можно расширять для генерирования электроэнергии и впоследствии использовать как сырьё; (b) резервуар для хранения сырья в виде сжатого этана или пропана при низкой температуре, при этом хранимое сырьё в виде сжатого этана или СНГ позднее можно использовать в качестве хладагента, а после этого использовать как сырьё; или (c) их сочетание.

Двадцать третий вариант осуществления, который представляет установку синтеза олефинов первого, второго или третьего варианта осуществления, дополнительно включающую в себя устройство для получения электрической энергии, выполненное с возможностью выработки электроэнергии за счёт давления или тепла на установке синтеза олефинов.

Двадцать четвёртый вариант осуществления, который представляет установку синтеза олефинов двадцать третьего варианта осуществления, в которой устройство для получения электрической энергии заключает в себе экспандер, термоэлектрическое устройство или их сочетание.

Двадцать пятый вариант осуществления, который представляет установку синтеза олефинов первого, второго или третьего варианта осуществления, в которой один или несколько реакторов пиролиза выполнены с возможностью осуществления крекинга газообразного или жидкого углеводородного сырья, содержащего нафту, этан, пропан, бутан, СНГ, конденсат, газойль, непревращённый гидровоск (кубовый остаток продуктов реактора гидрокрекинга), воск синтеза Фишера-Тропша, подвергнутую гидроочистке сырую нефть и её производные, пиролизное масло из подвергнутых вторичной переработке пластиков, биомасла, дизельное биотопливо, бионафту или их сочетание.

Двадцать шестой вариант осуществления, который представляет установку синтеза олефинов первого, второго или третьего варианта осуществления, выполненную так, что на ней не используют пар для совершения механической работы.

Двадцать седьмой вариант осуществления, который представляет установку синтеза олефинов первого, второго или третьего варианта осуществления, выполненную с возможностью исключения образования топочного газа сгорания.

Двадцать восьмой вариант осуществления, который представляет установку синтеза олефинов первого, второго или третьего варианта осуществления, дополнительно включающую в себя один или несколько топливных элементов, выполненных с возможностью генерирования электрической энергии из водорода, полученного на установке синтеза олефинов.

Двадцать девятый вариант осуществления, который представляет установку синтеза олефинов первого, второго или третьего варианта осуществления, выполненную с возможностью направления водорода, полученного на установке синтеза олефинов, на установку синтеза аммиака и/или превращения водорода, полученного на установке синтеза олефинов, в аммиак по реакции с азотом.

Тридцатый вариант осуществления, который представляет установку синтеза олефинов первого, второго или третьего варианта осуществления, выполненную с возможностью направления метана, полученного на установке синтеза олефинов, на установку синтеза метанола и/или превращения метана, полученного на установке синтеза олефинов, в метанол.

Тридцать первый вариант осуществления, который представляет описанное в настоящем документе устройство для осуществления способа, как в любом из вариантов осуществления, описанных в настоящем раскрытии.

ДОПОЛНИТЕЛЬНОЕ РАСКРЫТИЕ. ЧАСТЬ III

Ниже следуют неограничивающие, конкретные варианты осуществления в соответствии с настоящим раскрытием:

Варианты осуществления, раскрытые в настоящем документе, включают в себя:

A: Способ получения олефинов, включающий в себя: (a) осуществление крекинга сырьевого потока, содержащего углеводороды, для получения крекированного газа, содержащего олефины, при этом крекинг сырьевого потока включает в себя повышение температуры сырьевого потока до температуры крекинга; (b) извлечение тепла из крекированного газа, содержащего олефины; (c) сжатие крекированного газа для получения сжатого, крекированного газа; (d) удаление кислого газа из сжатого, крекированного газа; (e) сушку крекированного газа с пониженным содержанием кислого газа для получения высушенного крекированного газа; (f) охлаждение высушенного, крекированного газа для получения охлаждённого крекированного газа; (g) выделение одного или нескольких олефинов из охлаждённого крекированного газа; или (h) их сочетание, при этом, в сопоставлении с традиционным способом получения олефинов паровым крекингом, большее количество энергии и/или полезной энергии, требуемой на стадии (a), (b), (c), (d), (e), (f), (g) или (h), обеспечивают за счёт источника неуглеродной энергии, источника возобновляемой энергии и/или электрической энергии.

B: Способ получения олефинов, включающий в себя: (a) осуществление крекинга сырьевого потока, содержащего углеводороды, для получения крекированного газа, содержащего олефины, при этом крекинг сырьевого потока включает в себя повышение температуры сырьевого потока до температуры крекинга; (b) извлечение тепла из крекированного газа; (c) сжатие крекированного газа для получения сжатого, крекированного газа; (d) удаление кислого газа из сжатого, крекированного газа; (e) сушку крекированного газа с пониженным содержанием кислого газа для получения высушенного крекированного газа; (f) охлаждение крекированного газа для получения охлаждённого крекированного газа; (g) выделение одного или нескольких олефинов из охлаждённого крекированного газа; или (h) их сочетание, при этом большую часть энергии и/или полезной энергии, требуемой на стадии (a), (b), (c), (d), (e), (f), (g) или (h), обеспечивают за счёт электрической энергии.

Каждый из вариантов осуществления, A и B, может иметь один или несколько из следующих дополнительных элементов: элемент 1, в котором источник неуглеродной энергии заключает в себе электрическую энергию; элемент 2, в котором электрическую энергию получают из источника возобновляемой энергии и/или в котором источник возобновляемой энергии включает энергию ветра, солнечную, геотермальную, гидроэлектрическую, ядерную, приливную, волновую энергию или их сочетание; элемент 3, в котором повышение температуры сырьевого потока до температуры крекинга осуществляют без сжигания топлива, углеродного топлива и/или ископаемого топлива; элемент 4, в котором для нагревания не используют сжигание топлива, углеродного топлива и/или ископаемого топлива; элемент 5, в котором источник неуглеродной энергии заключает в себе непостоянный источник энергии (IES) или при его помощи производится электрическая энергия, и в котором любые стадии от (a) до (h) или их сочетание осуществляют без сжигания топлива, углеродного топлива и/или ископаемого топлива, когда источник IES доступен, и осуществляют их при подаче сохранённой энергии из IES и/или энергии, получаемой за счёт сгорания топлива, углеродного топлива и/или ископаемого топлива, когда источник IES недоступен; элемент 6, в котором стадию (a) осуществляют в одном или нескольких реакторах пиролиза, которые нагревают до желаемой температуры крекинга путём электронагрева; элемент 7, в котором электронагрев заключает в себе резистивный и/или индуктивный нагрев; элемент 8, в котором стадия (b) извлечения тепла из крекированного газа заключает в себе получение пара и в котором, за исключением получения пара на стадии (b), пар не используют в качестве основной энергопередаточной среды; элемент 9, в котором (i) пар не производят; (ii) пар не производят и не используют иначе, чем в качестве разбавителя на стадии (a), или (iii) стадия (b) извлечения тепла из крекированного газа включает в себя получение пара, который используют только для предварительного нагревания сырьевого потока; элемент 10, в котором стадия (a) заключает в себе повышение температуры сырьевого потока до температуры крекинга путём электронагрева сырьевого потока в радиантной камере, впрыскивания пара или перегретого пара в реактор крекинга, при этом пар или перегретый пар производят с использованием электричества; путём нагревания сырьевого потока при помощи полного сопротивления, нагревания за счёт индукции, нагревания тепловым насосом, нагревания сырьевого потока в результате прохождения через резистивно нагреваемый элемент, нагревания за счёт пропускания горячего инертного газа или другой горячей среды по трубам реактора крекинга, в котором горячий газ или нагретая среда нагреваются с использованием электричества; нагревания сырьевого потока теплообменником, заключающим в себе электрические нагревательные элементы; нагревания сырьевого потока путём резистивного нагрева, нагревания сырьевого потока непосредственно при помощи омического нагрева, плазмы, электрической дуги, радиочастотных (РЧ), ИК-, УФ-, микроволн или их сочетания; нагревания сырьевого потока термоэлектрическим устройством, нагревания сырьевого потока при помощи механического устройства, приводимого в действие электрической энергией, или их сочетания; элемент 11, в котором стадия (b) извлечения тепла из крекированного газа не включает в себя производства пара; элемент 12, в котором стадия (b) извлечения тепла из крекированного газа включает в себя прямой теплообмен между крекированным газом и сырьевым потоком, непрямой теплообмен между крекированным газом и сырьевым потоком посредством одного или нескольких теплообменов при одной или нескольких температурах, при этом теплоносную текучую среду используют только для перемещения тепла от крекированного газа к сырьевому потоку; извлечение тепла через посредство холодильника крекированного газа, соединённого с термоэлектрическим устройством для генерирования электроэнергии, или их сочетание; элемент 13, в котором стадия (b) заключает в себе применение холодной текучей среды и в котором тепло, вводимое в холодную текучую среду в ходе закалки водой используют для нагревания сырьевого потока до температуры крекинга; в котором холодная текучая среда сопряжена с термоэлектрическим устройством с целью генерирования электрической энергии; в котором для охлаждения холодной текучей среды используют абсорбционный охладитель таким образом, что крекированный газ охлаждается при помощи электричества до более низкой температуры, чем традиционная; в котором холодная текучая среда соединена с тепловым насосом; в котором для изменения температуры холодной текучей среды используют термоэлектрическое устройство; в котором для изменения температуры холодной текучей среды используют электронагреватель или их сочетание; элемент 14, в котором для нагревания кипятильника технологической воды отпарной колонны используют электронагреватель, в котором для испарения рециркуляционной технологической воды с целью получения пара, применяемого в качестве разбавителя на стадии (a), используют электродный котёл; в котором для получения пара или перегретого пара используют электронагреватель или их сочетание; элемент 15, в котором стадия (c) сжатия крекированного газа для получения сжатого, крекированного газа заключает в себе применение компрессора, приводимого в действие электродвигателем, а не паровой турбиной, по меньшей мере, на одной ступени сжатия многоступенчатого первичного сжатия крекированного газа; сжатие компрессором с электрическим приводом; повышение или понижение давления сжатого, крекированного газа в сопоставлении с традиционным способом; использование термоэлектрического устройства, встроенного в один или несколько парожидкостных сепараторов, до выполнения, по меньшей мере, одной ступени сжатия или их сочетание; элемент 16, в котором стадия (d) удаления кислого газа из сжатого, крекированного газа заключает в себе применение аминовой системы, при этом отпарную колонну нагревают электронагревателем; элемент 17, в котором стадия (e) сушки крекированного газа с пониженным содержанием кислого газа для получения высушенного, крекированного газа включает в себя контактирование крекированного газа, имеющего пониженное содержание кислого газа, с твёрдым влагопоглотителем, и периодическую регенерацию твёрдого влагопоглотителя при помощи сушильного газа, который нагревают с использованием электричества; электронагрев сушильного сосуда, используемого для сушки; использование системы с замкнутой петлёй для высушивания и отделения воды в результате конденсации из регенерационного газа или их сочетание; элемент 18, в котором стадия (f) включает в себя криогенное охлаждение высушенного, крекированного газа для получения охлаждённого, крекированного газа путём охлаждения при помощи одного или нескольких холодильных компрессоров, при этом большинство или все холодильные компрессоры электрифицированы; путём использования большего числа холодильных компрессоров и/или ступеней сжатия, чем обычно, и оптимальной настройки каждого из отдельных или нескольких холодильных компрессоров и/или ступеней сжатия; путём использования нетрадиционных рабочих текучих сред (например, азота или диоксида углерода); путём рекуперации энергии, обычно теряемой на одной или нескольких ступенях понижения давления в виде электрической энергии; путём использования прямого охлаждения при помощи электричества (например, при помощи термоэлектрического устройства (устройств)), а не традиционного охлаждения холодильной системой, или их сочетания; элемент 19, в котором при воплощении данного способа образуется поток, содержащий, в основном, метан и водород, и при этом способ дополнительно включает в себя введение, по меньшей мере, части потока, содержащего, в основном, метан и водород, в процесс для получения метанола или аммиака; или (i) выделение водорода из потока, содержащего, в основном, метан и водород, причём (i) выделение водорода из потока, содержащего, в основном, метан и водород, включает в себя, необязательно, сжатие потока, содержащего, в основном, метан и водород, при помощи электрифицированного компрессора для получения сжатого потока, содержащего метан и водород, и разделение сжатого потока, содержащего метан и водород, на поток, содержащий метан, и поток, содержащий водород; и хранение потока, содержащего водород, когда источник IES доступен (например, днём), и использование топливного элемента для выработки электрической энергии из хранимого потока, содержащего водород, когда источник IES недоступен (например, ночью); и/или вывод потока, содержащего водород, за пределы установки (например, на аммиачную или метанольную установку); элемент 20, в котором энергию, требуемую для стадии (a), получают только в результате теплообмена с крекированным газом и при использовании электричества; элемент 21, в котором пар-разбавитель, используемый на стадии (a), генерируют и нагревают с использованием электричества; элемент 22, в котором некоторую часть энергии, требуемой для стадии (a), получают путём перегрева потока разбавителя до температуры, выше её значения на стадии (a), с образованием перегретого потока разбавителя и объединения перегретого потока разбавителя с сырьевым потоком; элемент 23, в котором электронагрев применяют для наложения температурного профиля на один или несколько реакторов крекинга, используемых на стадии (a).

ДОПОЛНИТЕЛЬНОЕ РАСКРЫТИЕ. ЧАСТЬ IV

Ниже следуют неограничивающие, конкретные варианты осуществления в соответствии с настоящим раскрытием:

Первый вариант осуществления, который представляет собой способ получения олефинов, включающий в себя: (a) осуществление крекинга сырьевого потока, содержащего углеводороды, для получения крекированного газа, содержащего олефины, при этом крекинг сырьевого потока включает в себя повышение температуры сырьевого потока до температуры крекинга, (b) извлечение тепла из крекированного газа, содержащего олефины, (c) сжатие крекированного газа для получения сжатого, крекированного газа, (d) удаление кислого газа из сжатого, крекированного газа, (e) сушку крекированного газа с пониженным содержанием кислого газа для получения высушенного крекированного газа, (f) охлаждение высушенного, крекированного газа для получения охлаждённого крекированного газа, (g) выделение одного или нескольких олефинов из охлаждённого, крекированного газа или (h) их сочетание, при этом, в сопоставлении с традиционным способом получения олефинов паровым крекингом, большее количество энергии и/или полезной энергии, требуемой для стадий (a), (b), (c), (d), (e), (f), (g) или (h), обеспечивается за счёт источника неуглеродной энергии, источника возобновляемой энергии и/или электрической энергии.

Второй вариант осуществления, представляющий способ первого варианта осуществления, в котором источник неуглеродной энергии заключает в себе электрическую энергию.

Третий вариант осуществления, который представляет способ получения олефинов, включающий в себя (a) осуществление крекинга сырьевого потока, содержащего углеводороды, для получения крекированного газа, содержащего олефины, при этом крекинг сырьевого потока включает в себя повышение температуры сырьевого потока до температуры крекинга, (b) извлечение тепла из крекированного газа, (c) сжатие крекированного газа для получения сжатого, крекированного газа, (d) удаление кислого газа из сжатого, крекированного газа, (e) сушку крекированного газа с пониженным содержанием кислого газа для получения высушенного крекированного газа, (f) охлаждение крекированного газа для получения охлаждённого крекированного газа, (g) выделение одного или нескольких олефинов из охлаждённого крекированного газа или (h) их сочетание, при этом большую часть энергии и/или полезной энергии, требуемой на стадии (a), (b), (c), (d), (e), (f), (g) или (h), обеспечивают за счёт электрической энергии.

Четвёртый вариант осуществления, представляющий способ второго или третьего варианта осуществления, в котором электрическую энергию получают из источника возобновляемой энергии и/или в котором источник возобновляемой энергии включает энергию ветра, солнечную, геотермальную, гидроэлектрическую, ядерную, приливную, волновую энергию или их сочетание.

Пятый вариант осуществления, представляющий способ второго или третьего варианта осуществления, в котором повышение температуры сырьевого потока до температуры крекинга осуществляют без сжигания топлива, углеродного топлива и/или ископаемого топлива.

Шестой вариант осуществления, представляющий способ второго или третьего варианта осуществления, в котором для нагревания не используют сжигание топлива, углеродного топлива и/или ископаемого топлива.

Седьмой вариант осуществления, представляющий способ второго или третьего варианта осуществления, в котором источник неуглеродной энергии заключает в себе непостоянный источник энергии (IES) или при его помощи производится электрическая энергия, и в котором любые стадии от (a) до (h) или их сочетание осуществляют без сжигания топлива, углеродного топлива и/или ископаемого топлива, когда источник IES доступен, и осуществляют их при подаче сохранённой энергии из IES и/или энергии, получаемой за счёт сгорания топлива, углеродного топлива и/или ископаемого топлива, когда источник IES недоступен.

Восьмой вариант осуществления, представляющий способ второго или третьего варианта осуществления, в котором стадию (a) осуществляют в одном или нескольких реакторах пиролиза, которые нагревают до желаемой температуры крекинга путём электронагрева.

Девятый вариант осуществления, представляющий способ восьмого варианта осуществления, в котором электронагрев заключает в себе резистивный и/или индуктивный нагрев.

Десятый вариант осуществления, представляющий способ первого, второго или третьего варианта осуществления, в котором стадия (b) извлечения тепла из крекированного газа заключает в себе получение пара и в котором, за исключением получения пара на стадии (b), пар не используют в качестве основной энергопередаточной среды.

Одиннадцатый вариант осуществления, представляющий способ первого, второго или третьего варианта осуществления, в котором (i) пар не производят; (ii) пар не производят и не используют иначе, чем в качестве разбавителя на стадии (a), или (iii) стадия (b) извлечения тепла из крекированного газа включает в себя получение пара, который используют только для предварительного нагревания сырьевого потока.

Двенадцатый вариант осуществления, представляющий способ второго или третьего варианта осуществления, в котором стадия (a) заключает в себе повышение температуры сырьевого потока до температуры крекинга путём электронагрева сырьевого потока в радиантной камере, впрыскивания пара или перегретого пара в реактор крекинга, при этом пар или перегретый пар производят с использованием электричества; путём нагревания сырьевого потока при помощи полного сопротивления, нагревания за счёт индукции, нагревания тепловым насосом, нагревания сырьевого потока в результате прохождения через резистивно нагреваемый элемент, нагревания за счёт пропускания горячего инертного газа или другой горячей среды по трубам реактора крекинга, в котором горячий газ или нагретая среда нагреваются с использованием электричества; нагревания сырьевого потока теплообменником, заключающим в себе электрические нагревательные элементы; нагревания сырьевого потока путём резистивного нагрева, нагревания сырьевого потока непосредственно при помощи омического нагрева, плазмы, электрической дуги, радиочастотных (РЧ), ИК-, УФ-, микроволн или их сочетания; нагревания сырьевого потока термоэлектрическим устройством, нагревания сырьевого потока при помощи механического устройства, приводимого в действие электрической энергией, или их сочетания.

Тринадцатый вариант осуществления, представляющий способ первого, второго или третьего варианта осуществления, в котором стадия (b) извлечения тепла из крекированного газа не включает в себя производства пара.

Четырнадцатый вариант осуществления, представляющий способ первого, второго или третьего варианта осуществления, в котором стадия (b) извлечения тепла из крекированного газа включает в себя прямой теплообмен между крекированным газом и сырьевым потоком, непрямой теплообмен между крекированным газом и сырьевым потоком посредством одного или нескольких теплообменов при одной или нескольких температурах, при этом теплоносную текучую среду используют только для перемещения тепла от крекированного газа к сырьевому потоку; извлечение тепла через посредство холодильника крекированного газа, соединённого с термоэлектрическим устройством для генерирования электроэнергии, или их сочетание.

Пятнадцатый вариант осуществления, представляющий способ второго или третьего варианта осуществления, в котором стадия (b) заключает в себе применение холодной текучей среды и в котором тепло, вводимое в холодную текучую среду в ходе закалки водой используют для нагревания сырьевого потока до температуры крекинга; в котором холодная текучая среда сопряжена с термоэлектрическим устройством с целью генерирования электрической энергии; в котором для охлаждения холодной текучей среды используют абсорбционный охладитель таким образом, что крекированный газ охлаждается при помощи электричества до более низкой температуры, чем традиционная; в котором холодная текучая среда соединена с тепловым насосом; в котором для изменения температуры холодной текучей среды используют термоэлектрическое устройство, в котором для изменения температуры холодной текучей среды используют электронагреватель или их сочетание.

Шестнадцатый вариант осуществления, представляющий способ второго или третьего варианта осуществления, в котором для нагревания кипятильника технологической воды отпарной колонны используют электронагреватель, в котором для испарения рециркуляционной технологической воды с целью получения пара, применяемого в качестве разбавителя на стадии (a), используют электродный котёл; в котором для получения пара или перегретого пара используют электронагреватель или их сочетание.

Семнадцатый вариант осуществления, представляющий способ второго или третьего варианта осуществления, в котором стадия (c) сжатия крекированного газа для получения сжатого, крекированного газа заключает в себе применение компрессора, приводимого в действие электродвигателем, а не паровой турбиной, по меньшей мере, на одной ступени сжатия многоступенчатого первичного сжатия крекированного газа; сжатие компрессором с электрическим приводом; повышение или понижение давления сжатого, крекированного газа в сопоставлении с традиционным способом; использование термоэлектрического устройства, встроенного в один или несколько парожидкостных сепараторов, до выполнения, по меньшей мере, одной ступени сжатия или их сочетание.

Восемнадцатый вариант осуществления, представляющий способ второго или третьего варианта осуществления, в котором стадия (d) удаления кислого газа из сжатого, крекированного газа заключает в себе применение аминовой системы, при этом отпарную колонну нагревают электронагревателем.

Девятнадцатый вариант осуществления, представляющий способ второго или третьего варианта осуществления, в котором стадия (e) сушки крекированного газа с пониженным содержанием кислого газа для получения высушенного, крекированного газа включает в себя контактирование крекированного газа, имеющего пониженное содержание кислого газа, с твёрдым влагопоглотителем, и периодическую регенерацию твёрдого влагопоглотителя при помощи сушильного газа, который нагревают с использованием электричества; электронагрев сушильного сосуда, используемого для сушки; использование системы с замкнутой петлёй для высушивания и отделения воды в результате конденсации из регенерационного газа или их сочетание.

Двадцатый вариант осуществления, представляющий способ второго или третьего варианта осуществления, в котором стадия (f) включает в себя криогенное охлаждение высушенного, крекированного газа для получения охлаждённого, крекированного газа путём охлаждения при помощи одного или нескольких холодильных компрессоров, при этом большинство или все холодильные компрессоры электрифицированы; путём использования большего числа холодильных компрессоров и/или ступеней сжатия, чем обычно, и оптимальной настройки каждого из отдельных или нескольких холодильных компрессоров и/или ступеней сжатия; путём использования нетрадиционных рабочих текучих сред (например, азота или диоксида углерода); путём рекуперации энергии, обычно теряемой на одной или нескольких ступенях понижения давления в виде электрической энергии; путём использования прямого охлаждения при помощи электричества (например, при помощи термоэлектрического устройства (устройств)), а не традиционного охлаждения холодильной системой, или их сочетания.

Двадцать первый вариант осуществления, представляющий способ второго или третьего варианта осуществления, в котором образуется поток, содержащий, в основном, метан и водород, и при этом способ дополнительно включает в себя введение, по меньшей мере, части потока, содержащего, в основном, метан и водород, в процесс для получения метанола или аммиака; или (i) выделение водорода из потока, содержащего, в основном, метан и водород, причём (i) выделение водорода из потока, содержащего, в основном, метан и водород, включает в себя, необязательно, сжатие потока, содержащего, в основном, метан и водород, при помощи электрифицированного компрессора для получения сжатого потока, содержащего метан и водород, и разделение сжатого потока, содержащего метан и водород на поток, содержащий метан, и поток, содержащий водород; и хранение потока, содержащего водород, когда источник IES доступен (например, днём), и использование топливного элемента для выработки электрической энергии из хранимого потока, содержащего водород, когда источник IES недоступен (например, ночью); и/или вывод потока, содержащего водород, за пределы установки (например, на аммиачную или метанольную установку).

Двадцать второй вариант осуществления, представляющий способ второго или третьего варианта осуществления, в котором энергию, требуемую для стадии (a), получают только в результате теплообмена с крекированным газом и при использовании электричества.

Двадцать третий вариант осуществления, представляющий способ второго или третьего варианта осуществления, в котором пар-разбавитель, используемый на стадии (a), генерируют и нагревают с использованием электричества.

Двадцать четвёртый вариант осуществления, представляющий способ второго или третьего варианта осуществления, в котором некоторую часть энергии, требуемой для стадии (a), получают путём перегрева потока разбавителя до температуры, выше её значения на стадии (a), с образованием перегретого потока разбавителя и объединения перегретого потока разбавителя с сырьевым потоком.

Двадцать пятый вариант осуществления, представляющий способ второго или третьего варианта осуществления, в котором электронагрев применяют для наложения температурного профиля на один или несколько реакторов крекинга, используемых на стадии (a).

ДОПОЛНИТЕЛЬНОЕ РАСКРЫТИЕ. ЧАСТЬ V

Ниже следуют неограничивающие, конкретные варианты осуществления в соответствии с настоящим раскрытием:

Первый вариант осуществления, который представляет установку синтеза олефинов для получения низших олефинов, включающую в себя секцию предварительной обработки сырья, выполненную с возможностью осуществления предварительной обработки сырьевого потока, одну или несколько печей, при этом, по меньшей мере, одна из отдельных или нескольких печей выполнена с возможностью её электрифицирования, и при этом каждая электрифицированная печь дополнительно включает в себя секцию пиролиза, заключающую в себе один или несколько реакторов пиролиза, выполненных с возможностью осуществления крекинга углеводородов в сырьевом потоке в присутствии разбавителя для получения потока крекированного газа; секцию первичного фракционирования и сжатия, выполненную с возможностью (a) извлечения тепла из потока крекированного газа и его закалки; (b) удаления топливного масла, сероводорода, диоксида углерода, воды, бензина пиролиза или их сочетания из потока крекированного газа и (c) сжатия потока крекированного газа, что в результате обеспечивает получение сжатого потока крекированного газа, и секцию разделения продуктов, выполненную с возможностью выделения из сжатого потока крекированного газа потока товарных олефинов, содержащего, по меньшей мере, этилен, при этом каждая электрифицированная печь выполнена таким образом, что по меньшей мере 90% всего тепла в каждой электрифицированной печи получают без сжигания топлива, углеродного топлива, ископаемого топлива или их сочетания, и при этом установка синтеза олефинов выполнена с возможностью потребления 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90 или 100 МВт или больше электрической энергии. В одном из аспектов одна, множество или все из отдельных или нескольких печей первого варианта осуществления могут являться электрифицированными печами. В другом аспекте одна или несколько печей первого варианта осуществления, которые являются электрифицированными печами, выполнены с возможностью (i) потребления 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90 или 100 МВт или больше электрической энергии на одну печь, (ii) потребления 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90 или 100 МВт или больше электрической энергии в сумме (например, всеми электрифицированными печами в сочетании), или (iii) как (i), так и (ii).

Второй вариант осуществления, представляющий установку синтеза олефинов по первому варианту осуществления, в котором каждая электрифицированная печь не имеет секции рекуперации тепла топочного газа.

Третий вариант осуществления, представляющий установку синтеза олефинов по первому или второму варианту осуществления, в котором, по меньшей мере,10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 95, 99 или 100 % механической работы на установке синтеза олефинов совершают без использования пара.

Четвёртый вариант осуществления, представляющий установку синтеза олефинов по любому из вариантов осуществления, от первого до третьего, в которой количество CO₂, производимого на тонну полученного этилена, снижается до величины менее 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5; 0,6; 0,7; 0,8; 0,9; 1,0; 1,1; 1,2; 1,3; 1,4; 1,5; 1,6; 1,7; 1,8; 1,9 или 2,0 тонн CO₂ на тонну этилена, образующегося на установке синтеза олефинов.

Пятый вариант осуществления, представляющий установку синтеза олефинов по любому из вариантов осуществления, от первого до четвёртого, в которой удельный расход энергии, вычисленный на основе подводов полезной энергии в каждую электрифицированную печь, составляет менее 17 ГДж/т.

Шестой вариант осуществления, представляющий установку синтеза олефинов по любому из вариантов осуществления, от первого до пятого, в которой один или несколько реакторов пиролиза нагревают до заданной температуры крекинга путём резистивного нагрева.

Седьмой вариант осуществления, представляющий установку синтеза олефинов по любому из вариантов осуществления, с первого по шестой, в которой один или несколько реакторов пиролиза нагревают до заданной температуры крекинга путём индуктивного нагрева.

Восьмой вариант осуществления, представляющий установку синтеза олефинов по любому из вариантов осуществления, с первого по седьмой, в которой один или несколько реакторов пиролиза нагревают до заданной температуры крекинга через посредство радиантной камеры, в которой тепло, генерируемое при использовании электроэнергии, используется для прямой передачи тепла в один или несколько реакторов пиролиза путём излучения или для нагревания радиационных панелей, которые передают тепло одному или нескольким реакторам пиролиза путём излучения, или путём сочетания указанных способов.

Девятый вариант осуществления, представляющий установку синтеза олефинов по любому из вариантов осуществления, с первого по восьмой, в которой, за исключением получения пара для использования в качестве разбавителя в одном или нескольких реакторах пиролиза или облегчения переноса тепла с потоком крекированного газа, пар не производят для использования в качестве основной энергопередаточной среды.

Десятый вариант осуществления, представляющий установку синтеза олефинов по любому из вариантов осуществления, с первого по девятый, дополнительно включающую в себя хранение энергии в форме сжатого водорода, сжатого углеводорода (углеводородов) сырья, сжатого углеводорода (углеводородов) продуктов, криогенных жидкостей, тепловых батарей, электрических батарей или их сочетания, так что хранимую энергию можно использовать, когда возобновляемая электрическая энергия недоступна.

Одиннадцатый вариант осуществления, представляющий установку синтеза олефинов по девятому варианту осуществления, включающую в себя: (a) резервуар для хранения сырья в виде сжатого этана или СНГ при высоком давлении, при этом хранимое сырьё в виде сжатого этана или СНГ позднее можно расширять для генерирования электроэнергии и впоследствии использовать как сырьё; (b) резервуар для хранения сырья в виде сжатого этана или пропана при низкой температуре, при этом хранимое сырьё в виде сжатого этана или СНГ позднее можно использовать в качестве хладагента, а после этого использовать как сырьё; или (c) их сочетание.

Двенадцатый вариант осуществления, представляющий установку синтеза олефинов по девятому варианту осуществления, включающую в себя: (a) резервуар для хранения промежуточного продукта в виде сжатого этена и/или пропена, или их сочетания при высоком давлении, при этом хранимый, промежуточный продукт в виде сжатого этена и/или пропена позднее можно расширять для генерирования электроэнергии и впоследствии использовать как конечный продукт; (b) резервуар для хранения промежуточного продукта в виде сжатого этена или пропена при низкой температуре, при этом хранимый промежуточный продукт в виде сжатого этена и/или пропена позднее можно использовать в качестве хладагента, а после этого использовать как конечный продукт; или (c) их сочетание.

Тринадцатый вариант осуществления, представляющий способ получения олефинов, включающий в себя: (a) осуществление крекинга сырьевого потока, содержащего углеводороды, для получения крекированного газа, содержащего олефины, при этом крекинг сырьевого потока включает в себя повышение температуры сырьевого потока до температуры крекинга, (b) извлечение тепла из крекированного газа, содержащего олефины, (c) сжатие крекированного газа для получения сжатого, крекированного газа, (d) удаление кислого газа из сжатого, крекированного газа, (e) сушку крекированного газа с пониженным содержанием кислого газа для получения высушенного крекированного газа, (f) охлаждение высушенного, крекированного газа для получения охлаждённого крекированного газа, и (g) выделение одного или нескольких олефинов, включающих в себя, по меньшей мере, этилен, из охлаждённого крекированного газа, при этом количество CO₂, образующегося на тонну полученного этилена, снижается до величины менее 0,5 тонн CO₂ на тонну этилена, при этом, по меньшей мере, 50% нагрева при воплощении способа производят без сжигания топлива, углеродного топлива, ископаемого топлива или их сочетания, и при этом в данном способе потребляется 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90 или 100 МВт электрической энергии или больше.

Четырнадцатый вариант осуществления, представляющий способ по тринадцатому варианту осуществления, в котором по меньшей мере 90% тепла, необходимого для повышения температуры сырьевого потока до температуры крекинга обеспечивают без сжигания топлива, углеродного топлива, ископаемого топлива или их сочетания.

Пятнадцатый вариант осуществления, представляющий способ по тринадцатому или четырнадцатому варианту осуществления, в котором по меньшей мере 90% тепла при воплощении способа выполняют без сжигания топлива, углеродного топлива, ископаемого топлива или их сочетания.

Шестнадцатый вариант осуществления, представляющий способ по любому из вариантов осуществления, с тринадцатого по пятнадцатый, в котором стадия (b) извлечения тепла из крекированного газа включает в себя получение пара и в котором, за исключением получения пара на стадии (b), пар не используют в качестве основной энергопередаточной среды.

Семнадцатый вариант осуществления, представляющий способ по любому из вариантов осуществления, с тринадцатого по шестнадцатый, в котором (i) пар не производят, (ii) пар не производят и не используют иначе, чем в качестве разбавителя на стадии (a), или (iii) стадия (b) извлечения тепла из крекированного газа включает в себя получение пара, который используют только для предварительного нагревания сырьевого потока, но никакой другой пар не производят и не используют иначе, чем в качестве разбавителя на стадии (a).

Восемнадцатый вариант осуществления, представляющий способ по любому из вариантов осуществления, с тринадцатого по семнадцатый, в котором стадия (b) извлечения тепла из крекированного газа включает в себя прямой теплообмен между крекированным газом и сырьевым потоком; непрямой теплообмен между крекированным газом и сырьевым потоком посредством одного или нескольких теплообменов при одной или нескольких температурах, при этом теплоносную текучую среду используют только для перемещения тепла от крекированного газа к сырьевому потоку; извлечение тепла через посредство холодильника крекированного газа, соединённого с термоэлектрическим устройством для генерирования электрической энергии; или их сочетание.

Девятнадцатый вариант осуществления, представляющий способ по любому из вариантов осуществления, с тринадцатого по восемнадцатый, в котором для нагревания кипятильника технологической воды отпарной колонны используют электронагреватель, в котором для испарения рециркуляционной технологической воды с целью получения пара, применяемого в качестве разбавителя на стадии (a), используют электрический котёл, в котором для получения пара или перегретого пара используют электронагреватель; или их сочетание.

Двадцатый вариант осуществления, представляющий способ по любому из вариантов осуществления, с тринадцатого по девятнадцатый, в котором пар-разбавитель, используемый на стадии (a), генерируют и нагревают с использованием электричества.

Двадцать первый вариант осуществления, представляющий способ по любому из вариантов осуществления, с тринадцатого по двадцатый, в котором некоторую часть энергии, требуемой для стадии (a), получают путём перегрева потока разбавителя до температуры, выше её значения стадии (a), с образованием перегретого потока разбавителя и объединения перегретого потока разбавителя с сырьевым потоком.

Двадцать второй вариант осуществления, представляющий способ по любому из вариантов осуществления, с тринадцатого по двадцать первый, в котором электронагрев применяют для наложения температурного профиля на один или несколько реакторов крекинга, используемых на стадии (a).

Несмотря на то, что показаны и описаны предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения, его модифицированные варианты могут быть выполнены специалистом в данной области техники без отступления от указаний данного раскрытия. Варианты осуществления, описанные в настоящем документе, приведены лишь в качестве примеров и не предназначены для ограничения. Многие варианты и модификации настоящего изобретения, раскрытого в данном документе, являются возможными и находятся в пределах объёма настоящего изобретения.

Другие многочисленные модификации, эквиваленты и альтернативы станут очевидны специалистам в данной области техники сразу после полного восприятия вышеизложенного раскрытия. Предполагается, что следующая ниже формула изобретения истолковывается как охватывающая все такие модификации, эквиваленты и альтернативы там, где они применимы. Соответственно, объём защиты не ограничивается описанием, изложенным выше, а ограничивается только формулой изобретения, которая следует ниже, при этом указанный объём включает в себя все эквиваленты объекта формулы изобретения. Всякий и каждый пункт формулы изобретения включён в описание как вариант осуществления настоящего изобретения. Таким образом, формула изобретения является добавочным описанием и дополнением к подробному описанию настоящего изобретения. Раскрытия всех патентов, заявок на патенты и публикаций, цитированных в настоящем документе, настоящим включены в виде ссылки.

Изобретение касается установки синтеза олефинов, включающей секцию предварительной обработки сырья; одну или несколько печей, при этом по меньшей мере одна или нескольких печей выполнена с возможностью её электрифицирования, и при этом каждая электрифицированная печь дополнительно включает в себя секцию пиролиза, содержащую один или несколько реакторов пиролиза; секцию первичного фракционирования и сжатия; и секцию разделения продуктов, при этом каждая электрифицированная печь выполнена таким образом, что по меньшей мере 90% всего тепла в каждой электрифицированной печи получают без сжигания топлива, углеродного топлива, ископаемого топлива или их сочетания, и при этом установка синтеза олефинов выполнена с возможностью потребления 10 МВт электрической энергии или больше. Технический результат - снижение использования топлив, особенно ископаемых топлив, сжигаемых для получения энергии, повышение энергоэффективности и/или уменьшение выбросов, таких как выбросы парниковых газов (GHG), производимых установкой химического синтеза. 21 з.п. ф-лы, 9 ил., 3 табл., 6 пр.

1. Установка синтеза олефинов для получения низших олефинов, включающая в себя:

секцию предварительной обработки сырья, выполненную с возможностью осуществления предварительной обработки сырьевого потока;

одну или несколько печей, при этом по меньшей мере одна или нескольких печей выполнена с возможностью её электрифицирования, и при этом каждая электрифицированная печь дополнительно включает в себя секцию пиролиза, содержащую один или несколько реакторов пиролиза, выполненных с возможностью осуществления крекинга углеводородов в сырьевом потоке в присутствии разбавителя для получения потока крекированного газа;

секцию первичного фракционирования и сжатия, выполненную с возможностью (a) извлечения тепла из потока крекированного газа и его закалки; (b) удаления топливного масла, сероводорода, диоксида углерода, воды, бензина пиролиза или их сочетания из потока крекированного газа; и (c) сжатия потока крекированного газа с получением сжатого потока крекированного газа; и

секцию разделения продуктов, выполненную с возможностью выделения из сжатого потока крекированного газа потока товарных олефинов, содержащего по меньшей мере этилен,

при этом каждая электрифицированная печь выполнена таким образом, что по меньшей мере 90% всего тепла в каждой электрифицированной печи получают без сжигания топлива, углеродного топлива, ископаемого топлива или их сочетания, и

при этом установка синтеза олефинов выполнена с возможностью потребления 10 МВт электрической энергии или больше.

2. Установка синтеза олефинов по п. 1, в которой по меньшей мере 90% всего тепла в каждой электрифицированной печи обеспечивается электричеством.

3. Установка синтеза олефинов по п. 1, в которой секция предварительной обработки сырья выполнена с возможностью того, чтобы более 90% полезной энергии, необходимой для нагревания, обеспечивалось электричеством.

4. Установка синтеза олефинов по п. 1, в которой установка синтеза олефинов выполнена с возможностью того, чтобы количество CO₂, производимого на тонну полученного этилена, производимого установкой синтеза олефинов, снижалось до величины менее 0,5 тонн CO₂ на тонну этилена, образующегося на установке синтеза олефинов.

5. Установка синтеза олефинов по п. 1, в которой удельный расход энергии, вычисленный на основе подвода полезной энергии в каждую электрифицированную печь, составляет менее 17 ГДж/т.

6. Установка синтеза олефинов по п. 1, в которой один или несколько реакторов пиролиза выполнены с возможностью осуществления нагрева до заданной температуры крекинга путём резистивного нагрева.

7. Установка синтеза олефинов по п. 1, в которой один или несколько реакторов пиролиза выполнены с возможностью осуществления нагрева до заданной температуры крекинга путём индуктивного нагрева.

8. Установка синтеза олефинов по п. 1, в которой один или несколько реакторов пиролиза выполнены с возможностью осуществления нагрева до заданной температуры крекинга посредством радиантной камеры, в которой тепло, генерируемое при помощи электроэнергии, используют для прямой передачи тепла в один или несколько реакторов пиролиза путём излучения или для нагревания радиационных панелей, которые передают тепло одному или нескольким реакторам пиролиза путём излучения или путём сочетания указанных способов.

9. Установка синтеза олефинов по п. 1, в которой, за исключением получения пара для использования в качестве разбавителя в одном или нескольких реакторах пиролиза или облегчения переноса тепла с потоком крекированного газа, пар не производят для использования в качестве основной энергопередаточной среды.

10. Установка синтеза олефинов по п. 1, дополнительно включающая устройство, выполненное с возможностью хранения энергии в форме сжатого водорода, потока сжатого углеводородного сырья, потока сжатого полученного углеводорода (углеводородов), криогенных жидкостей, тепловой энергии батарей, электрической энергии батарей или их сочетания, таким образом, что хранимую энергию можно использовать, когда возобновляемая электрическая энергия недоступна.

11. Установка синтеза олефинов по п. 10, включающая в себя: (a) резервуар для хранения сырья в виде сжатого этана или сжиженного нефтяного газа (СНГ), при этом установка синтеза олефинов выполнена с возможностью обеспечения расширения хранимого сырья в виде сжатого этана или СНГ для генерирования электроэнергии и последующего использования расширенного этана или СНГ в виде сырья; (b) резервуар для хранения сырья в виде сжатого этана или пропана, при этом установка синтеза олефинов выполнена с возможностью обеспечения использования хранимого сырья в виде сжатого этана или СНГ в качестве хладагента, и последующего использования в качестве сырья; или (c) сочетание (а) и (b).

12. Установка синтеза олефинов по п. 10, включающая в себя: (a) резервуар для хранения промежуточного продукта в виде сжатого этена и/или пропена, или их сочетания, при этом установка синтеза олефинов выполнена с возможностью обеспечения расширения хранимого промежуточного продукта в виде сжатого этена и/или пропена для генерирования электроэнергии и последующего использования расширенного этена и/или пропена в качестве конечного продукта; (b) резервуар для хранения промежуточного продукта в виде сжатого этена или пропена, при этом установка синтеза олефинов выполнена с возможностью обеспечения использования хранимого промежуточного продукта в виде сжатого этена и/или пропена в качестве хладагента, и последующего использования промежуточного продукта в виде сжатого этена и/или пропена в качестве конечного продукта; или (c) сочетание (а) и (b).

13. Способ получения олефинов, включающий стадии, на которых:

(a) осуществляют крекинг сырьевого потока, содержащего углеводороды, для получения крекированного газа, содержащего олефины, при этом крекинг сырьевого потока включает в себя повышение температуры сырьевого потока до температуры крекинга;

(b) извлекают тепло из крекированного потока газа, содержащего олефины;

(c) сжимают крекированный газ для получения сжатого потока крекированного газа;

(d) удаляют кислый газ из сжатого потока крекированного газа;

(e) сушат поток крекированного газа с пониженным содержанием кислого газа для получения потока высушенного крекированного газа;

(f) охлаждают поток высушенного крекированного газа для получения потока охлаждённого крекированного газа; и

(g) выделяют из потока охлаждённого крекированного газа один или несколько олефинов, включающих по меньшей мере этилен;

при этом количество CO₂, образующегося на тонну полученного этилена, снижается до величины менее 0,5 тонн CO₂ на тонну этилена,

при этом по меньшей мере 50% тепла для нагрева производят без сжигания топлива, углеродного топлива, ископаемого топлива или их сочетания, и

при этом в данном способе потребляют 10 МВт электрической энергии или больше.

14. Способ по п. 13, в котором по меньшей мере 90% тепла, необходимого для повышения температуры сырьевого потока до температуры крекинга обеспечивают без сжигания топлива, углеродного топлива, ископаемого топлива или их сочетания.

15. Способ по п. 13, в котором по меньшей мере 90% тепла получают без сжигания топлива, углеродного топлива, ископаемого топлива или их сочетания.

16. Способ по п. 13, который осуществляют в установке синтеза олефинов по п. 3.

17. Способ по п. 16, дополнительно включающий стадию предварительного нагрева потока сырья в секции предварительного нагрева сырья.

18. Способ по п. 13, в котором стадия (b) извлечения тепла из потока крекированного газа включает в себя прямой теплообмен между крекированным газом и сырьевым потоком; непрямой теплообмен между крекированным газом и сырьевым потоком посредством одного или нескольких теплообменов при одной или нескольких температурах, при этом текучую среду теплоносителя используют только для перемещения тепла от крекированного газа к сырьевому потоку; извлечение тепла посредством холодильника крекированного газа, соединённого с термоэлектрическим устройством для генерирования электрической энергии; или их сочетание.

19. Способ по п. 13, в котором стадию (b) извлечения тепла из потока крекированного газа, содержащего олефины, осуществляют в секции первичного фракционирования и сжатия.

20. Способ по п. 19, в котором стадию (с) сжатия потока крекированного газа осуществляют в секции первичного фракционирования и сжатия.

21. Способ по п. 20, в котором стадию (g) выделения осуществляют в секции разделения продуктов.

22. Способ по п. 21, в котором на стадии (g) выделения получают поток олефинового продукта.