1.本公开涉及可再生能量在烯烃的合成中的使用；更特别地，本公开涉及烯烃合成设备的电气化；还更特别地，本公开涉及通过减少在烯烃合成设备中用作燃料的烃(例如，天然气/化石燃料)的燃烧来减少环境排放如二氧化碳。


背景技术：

2.人们利用化学合成设备来提供多种化学品。通常，烧或“燃烧”专用燃料来提供化学合成的反应热、加热一个或多个工艺流的能量、蒸发液体(例如，使用沸水作为稀释剂)的能量、做功(例如，驱动压缩机或泵)的能量或用于整个化学合成设备的其他过程操作的能量。燃料的这种烧或燃烧会导致可能对环境有害的烟气的产生，并且还导致过程的能量效率的损失。同样，常规上人们常利用蒸汽作为化学合成设备内的全厂热量和/或能量传递流体。用于热量和/或能量传递的蒸汽常经由燃料的燃烧产生，从而导致在化学合成过程中产生额外的烟气和进一步的能量效率损失。另外，原本可用作反应物的材料用于作为燃料燃烧的使用也会减少化学合成设备中从给定量的材料产生的期望的化学产品的量。因此，需要增强的化学合成系统和方法，由此减少或消除燃烧以提供能量的燃料的量，尤其是化石燃料。理想地，这样的系统和方法还提供化学合成设备的能量效率的提高和/或排放的减少，如温室气体(ghg)的排放。


技术实现要素：

3.本文公开了一种用于生产轻烯烃的烯烃合成设备，所述烯烃合成设备包括：进料预处理段，其被配置为预处理进料流；热解段，其包括一个或多于一个热解反应器，所述热解反应器被配置为在稀释剂的存在下裂化进料流中的烃以产生裂化气体流；初分馏和压缩段，其被配置为提供从裂化气体流的热回收和裂化气体流的骤冷；从裂化气体流移除燃料油、硫化氢、二氧化碳、水、裂解汽油或其组合；和压缩裂化气体流，从而提供经压缩的裂化气体流；和/或产物分离段，其被配置为从经压缩的裂化气体流分离产物烯烃流，其中所述烯烃合成设备被配置为使得相对于常规的烯烃合成设备而言，本发明的烯烃合成设备、进料预处理段、热解段、初分馏和压缩段、产物分离段或其组合所需的能量和/或净能量中更多由基于非碳的能源、可再生能源和/或电力提供。
4.本文还公开了一种用于生产轻烯烃的烯烃合成设备，所述烯烃合成设备包括：进料预处理段，其被配置为预处理进料流；热解段，其包括一个或多于一个热解反应器，所述热解反应器被配置为在稀释剂的存在下裂化进料流中的烃以产生裂化气体流；初分馏和压缩段，其被配置为提供从裂化气体流的热回收和裂化气体流的骤冷；从裂化气体流移除燃料油、硫化氢、二氧化碳、水、裂解汽油或其组合；和压缩裂化气体流，从而提供经压缩的裂化气体流；和/或产物分离段，其被配置为从经压缩的裂化气体流分离产物烯烃流，其中所述烯烃合成设备被配置为使得所述烯烃合成设备、进料预处理段、热解段、初分馏段、产物分离段或其组合所需的过程能量和/或净过程能量中的大部分由电力提供。
附图说明
5.为了更完整地理解本公开及其优点，现在参考结合附图和详细描述的以下简要描述，其中相同的附图标记代表相同的部件。
6.图1示出了典型的现有技术化学过程的概念图；
7.图2示出了根据本公开的实施方案的由可再生能量提供动力的化学过程的概念图；
8.图3示出了根据本公开的实施方案的一种一般性蒸汽裂化设备或过程i的方框流程图；
9.图4示出了根据本公开的实施方案的一种示例性蒸汽裂化设备或过程ii的方框流程图；
10.图5示出了对比例1中采用的常规运行的烯烃合成设备iii的运行参数；
11.图6示出了按本公开和实施例1中呈现的实施方案电气化的烯烃合成设备iv的运行参数；
12.图7示出了按本公开和实施例2中呈现的实施方案电气化的烯烃合成设备v的运行参数；
13.图8示出了按本公开和实施例3中呈现的实施方案电气化的烯烃合成设备vi的运行参数；和
14.图9示出了按本公开和实施例4和5中呈现的实施方案电气化的烯烃合成设备vii的运行参数。
具体实施方式
15.一开始就应理解，尽管下文提供了一个或多个实施方案的示意性实施，但可使用任何数目的技术来实施所公开的组合物、方法和/或产品，无论是当前已知的还是尚不存在的。本公开不应以任何方式限制于下文示意的示意性实施方式、附图和技术，包括本文示意和描述的示例性设计和实施方式，而是可在附随的权利要求书以及其全部范围的等同物的范围内修改。
16.虽然据信本领域普通技术人员将很好地理解以下术语，但阐述以下定义以便于对目前公开的主题的解释。除非另有定义，否则本文使用的所有技术和科学术语都具有与目前公开的主题所属领域普通技术人员通常所理解的相同的含义。
17.如本文所用，“间歇性能源”或“ies”为由于所用能量不能储存或经济上不可取而不可连续用于转化为电力且无法直接控制的任何能源。间歇性能源的可用性可能是可预测的或不可预测的。可再生间歇性能源是一种间歇性能源，也是一种可再生能源，如下文所定义。“间歇性电力”是指由ies产生的电力。
18.如本文所用，“可再生能量”和“基于非化石的能量(e
nf
)”包括源自被自然、持续的过程迅速替代的可持续能源的能量和核能。因此，术语“可再生能量”和“基于非化石的能量(e
nf
)”是指源自基于非化石燃料的能源的能量(例如，不是经由化石燃料如煤或天然气的燃烧所产生的能量)，而“不可再生”或“基于化石的能量(ef)”为源自基于化石燃料的能源的能量(例如，经由化石燃料的燃烧所产生的能量)。化石燃料为地质历史中由生物有机体的遗骸形成的天然燃料，如煤或天然气。相应地，如本文所用，“可再生”和“基于非化石的能量
(e
nf
)”包括但不限于风、太阳能、水流/运动、或生物质，它们在使用时不会被耗尽，与来自来源如化石燃料的“不可再生”能量相反，后者在使用时会被耗尽。可再生能量因此不包括基于化石燃料的能量(ef)但包括生物燃料。
19.如本文所用，“基于非碳的能量(e
nc
)”为来自基于非碳的能源的能量(例如，不是经由基于碳的燃料如烃的燃烧所产生的能量)，而基于碳的能量(ec)为来自基于碳的能源的能量(例如，经由基于碳的燃料如烃的燃烧所产生的能量)。核能在本文中被认为是可再生的、基于非化石(e
nf
)的能量和基于非碳的能量(e
nc
)。因此，基于碳的能量(ec)可以是可再生的(例如，基于非化石燃料的)或不可再生的(例如，基于化石燃料的)。例如，各种基于碳的生物燃料在本文中被认为是可再生的、基于碳的能源。
20.如本文所用，“可再生电力”表示由可再生能源产生的电力，而“不可再生电力”为由不可再生能源产生的电力。如本文所用，“基于非碳的电力”表示由基于非碳的能源产生的电力，而“基于碳的电力”为由基于碳的能源产生的电力。
21.例如，在实施方案中，整个本文公开的烯烃合成设备的可再生电力和/或热量可通过来自可再生(例如，生物)来源的可再生烃的燃烧来提供。例如，在实施方案中，可再生电力可经由e
nf
/ec能源的燃烧产生，所述能源包括在进给农业废物的消化器中产生的甲烷。同样，在实施方案中，可采用包含使用短循环碳废料产生的合成气的e
nf
/ec能源作为燃料(例如，燃烧以产生可再生电力和/或热量)。理想地，由这样的燃烧生成的二氧化碳被重新捕获(例如，通过新作物的生长)。
22.如本文所用，“外部”燃烧燃料是指在反应器的外部例如在炉中燃烧燃料。作为主要反应的一部分的燃烧(例如，在自热重整(atr)中随重整发生的燃烧)不被认为是“外部”燃烧。如本文所用，“专用”燃料为仅为提供燃料值(例如，燃烧热)且不转化至产物中而引入的燃料或进料流的一部分。
23.如本文所用，“传热蒸汽(s
ht
)”表示仅或主要作为能量或传热介质而产生的蒸汽(例如，不用作稀释剂和/或反应物的蒸汽)。
24.如本文所用，“净”热输入或移除是指导致主要能量消耗的热输入或移除，例如，不是由装置的另一段或流提供的热输入或移除，例如，不是经由与另一工艺流的热交换提供。类似地，“净”能量是指导致主要能量消耗的能量，例如，不是由装置的另一段或流提供的能量，例如，不是经由与另一工艺流的热交换提供的热能。
25.如本文所用，“提供动力”表示供给机械能和/或电能。
26.如本文所用，“加热”表示供给热能。如本文所用，“冷却”表示自其移除热能。如本文所用，“直接”加热或冷却是指在不使用传热介质/流体的情况下的加热或冷却；“间接”加热或冷却是指经由传热介质/流体的加热或冷却。
27.如本文所用，“大多数”或“大部分”表示超过50％或超过一半。
28.如本文所用，“期望的”参数(例如，期望的温度)可指参数的预期或目标值，例如预定值，如用于过程控制的设定点值。
29.消耗的电量：对电力消耗的提及可指使用电力的功率(例如，以mw为单位)，如在特定位置所测得。例如，可在每个电气化炉的边界处或在整个烯烃合成设备边界处计算功率。此计算可考虑该位置内使用的所有电力。
30.烟气：可能由在发电站和/或工业装置中烧燃料或其他材料而产生的气体混合物，
其中该气体混合物可经由管道提取。
31.烟气热回收：烟气热回收可指从热烟气提取有用的热能，例如通过使所述热烟气经过一个或多于一个热交换器上方以提高较冷的工艺流体的温度和/或改变所述流体的相(例如，使水沸腾以产生蒸汽)。在任何烟气热回收之后留在烟气中的任何能量都可称为烟气(能量)损失。烟气热回收段可以是用于回收烟气热量的设备和所述设备的相应位置。没有烟气热回收段可能意味着没有从热烟气回收热量的设备或区域。
32.对流段：对流段可以是炉子(例如，蒸汽裂化炉或重整炉)的一部分，其中通过对流传热从热烟气回收热量。没有对流段可能意味着没有通过对流传热从热烟气回收热量的设备或区域。
[0033]“无蒸汽”或“基本上无蒸汽”：“无蒸汽”可指其中不使用蒸汽来从一个过程操作向另一个过程操作传递能量或者来从外部向过程中带入能量的过程。“基本上无蒸汽”可指为从一个过程操作向另一个过程操作传递能量或者为从外部向过程中带入能量的蒸汽使用已被最小化使得使用蒸汽的所有能量传递之和共计小于所提供的净能量的大约10％、大约20％、或大约30％。用作反应物、稀释剂、作为产物获得或直接与工艺流混合的蒸汽可被称为“工艺蒸汽”并且不包括在该定义中。
[0034]
主要能量传递介质：主要能量传递介质可以是用于以热能形式从一个过程操作向另一个过程操作移动能量或者向过程中带入能量的物质。应指出，一种物质在一个过程中可能出于不止一个目的而使用，如充当反应物或反应稀释剂，同时还充当介质以从一个过程操作向另一个过程操作传热。在这样的情况下，蒸汽作为反应物或稀释剂的用途可被认为是主要的，而且传热的效果可被认为是次要的。
[0035]
电阻加热：电阻加热可以是借助于使电流通过电阻单元来加热。
[0036]
感应加热：感应加热可以是通过电磁感应加热导电物体(通常是金属)的过程。
[0037]
辐射加热：辐射加热可以是经由来自一个或多于一个较热物体的辐射加热物体的过程。
[0038]
外部燃烧：外部燃烧可指烧燃料以生成热量并将该热量跨表面(例如，管壁)传递给工艺流体使得燃烧产物不与工艺流体混合。
[0039]
热电设备：热电设备可以是用于将温度差直接转化成热电偶两端的电压(或反过来)的设备。
[0040]
等温操作：等温操作可以是在恒定温度下的操作。等温操作可将温度保持在预定操作温度的0.5％、1％、2％、3％、4％、5％至10％以内。
[0041]
对流传热：对流传热可以是通过一种或多于一种流体的移动使热量从一个地方移动到另一个地方。
[0042]
虽然上述定义中的大部分基本上为如本领域技术人员所理解，但由于本文对当前公开的主题的具体描述，上述定义中的一个或多个可在上文以不同于如本领域技术人员通常所理解的含义的方式定义。
[0043]
图1示出了典型的传统化学过程的概念图。此过程的目的在于将进料a转化为产物b，但通常也会产生一些副产物(表示为流c)。
[0044]
用于实现这种转换的单元操作需要大量的能量。常规地，该能量主要通过烧燃料(通常为天然气)来生成热量而供给，在图1中表示为δhc(例如，燃烧热)。这会导致不期望
的二氧化碳(co2)产生和排放。如果反应是放热的，则可由反应热δhr供给额外的能量；如果反应是吸热的，则需要添加等于δhr的额外量的能量。如果是烧某些副产物来产生能量，表示为δh
bp
，则总能量平衡也可能受影响。然而，许多化学过程，即使是涉及放热反应的那些，都是净能量消耗者并因此需要外部能源(通常由一种或多于一种烃燃料提供)来提供净过程能量。
[0045]
在大多数化学生产过程中，电力通常只是很小的外部输入。内部电气需要，如用于照明或控制的，通常小到可忽略不计，而在需要大量电力的那些少数过程中，例如电化学反应器(例如，制备氯气(cl2)和氢氧化钠(naoh)的氯碱过程)，这种电力通常在设施边界内通过烃的燃烧生成，并且即使不在设施边界内生成时，如果电力是通过烃的燃烧而非可再生地获得的，则这样的电力使用在能量效率和co2排放方面与经由烃燃烧来现场产生电力是相当的。
[0046]
在大多数化学生产过程中，能量消耗可方便地分为三大类。在第一个这样的大类中，本文称为第一类c1，热量通过燃料(例如，天然气/化石燃料)在炉中的燃烧以热能直接供给。(如这里所用，“直接”表示不存在中间传热介质，如蒸汽。)这些炉子通常在高温下运行并且需要大的热通量。这样的炉子的能量效率受到炉烟气中的热损失的限制。即使通过冷却烟气来回收能量(例如以生成蒸汽或提供工艺加热)而将这些热损失降至最低，燃料中所含化学能向可用热能的转化率通常也不超过85％至90％，即便有大量投资并损失了设计和操作灵活性时也如此。
[0047]
化学过程中能量消耗的第二个大类，本文称为第二类c2，包括加热各种化学品流，主要是为了将其温度升高至预定的反应温度或为分离(最通常为蒸馏)提供能量。尽管该热量中的一些可通过与其他化学品流交换来获得，但其最通常是由烃燃料(例如，天然气/化石燃料)的燃烧所直接生成的蒸汽或由来自高温炉的烟气的传热来提供(例如，来自类c1)。大多数现代化学过程包括相对复杂的蒸汽系统(或其他传热流体系统，为了简单起见，本文将其统称为蒸汽传热系统)以将能量从过剩的地方移动到需要的地方。该蒸汽系统可能包括多个压力水平的蒸汽(以在不同的温度下提供热量)以及蒸汽和冷凝物回收系统，并易于遭受腐蚀、结垢和其他操作困难，包括水处理和受污染的冷凝物的处置。由于传热、蒸汽冷凝和锅炉水循环的实际限制，蒸汽所含能量中可用于加热工艺流的比例通常限制在90％至95％。如果蒸汽是由专用的外部锅炉生成的，则燃料所含化学能中顶多80％至85％会被化学过程用作热量，因为另外的10％至15％或更多将损失到烟气，如在第一类c1中。
[0048]
化学过程中能量使用的第三个大类，本文称为第三类c3，是用以做机械功的能量。此功主要用于加压和将流体从一个地方移动到另一个地方，并用于驱动旋转设备如泵、压缩机和风扇。此第三类c3还包括制冷设备，因为它主要由压缩提供动力。在大多数化学设施中，用于此功的能量由蒸汽提供，所述蒸汽通过与热工艺流的热传递或通过与来自类别c1的炉(例如，对流段中)的部分冷却烟气流的热传递获得，或直接来自专用的外部锅炉中烃(例如，天然气/化石燃料)的燃烧。由于热能向机械功的转化的限制，故这些用途的能量效率相对于用作燃料的烃所含的化学能来说是很低的，通常只有25％至40％。
[0049]
已出乎意料地发现，在化学过程中使用电力(例如，可再生和/或不可再生电力)替代从烃燃料获得的能量可通过提高整体能量效率而改善该过程，同时减少二氧化碳排放。在一些情况下，在化学过程中使用电力(例如，可再生和/或不可再生电力)替代从烃燃料获
得的能量还可改善可靠性和可操作性，减少例如nox、sox、co和/或挥发性有机化合物的排放，和/或降低生产成本(例如，如果有低成本电力可用的话)。
[0050]
根据本公开的实施方案，通常通过燃料(例如，天然气/化石燃料)在炉中的燃烧和/或第一类c1中的其他加热而作为热能供给的热量被电加热所替代。电热、电加热、以电的方式生热、电加热器装置等是指电力向可用以应用于流体的热能的转化。这样的电加热包括但不限于：通过阻抗加热(例如，当电流流过携带待加热流体的导管时)，经由欧姆加热、等离子体、电弧、射频(rf)、红外(ir)、uv和/或微波的加热，通过经过电阻加热元件上方来加热，通过来自以电的方式加热的元件的辐射来加热，通过感应(例如，振荡磁场)加热，通过电力驱动的机械手段(例如，压缩)加热，经由热泵加热，通过使相对热的惰性气体或另一介质经过含待加热的流体的管上方来加热，其中所述热的惰性气体或另一介质以电的方式加热，或者通过这些的某种组合等来加热。
[0051]
根据本公开的实施方案，如在第二类c2中对蒸汽(或另一传热流体)的利用被消除和/或仅用作中间传热介质的任何蒸汽(或其他流体)以电的方式产生或加热(例如，经由水的电加热)。
[0052]
根据本公开的实施方案，在第三类c3中采用的常规旋转设备(例如，蒸汽涡轮机)被电驱动装置所替代。根据本公开的实施方案，第三类c3中的热移除被以电的方式提供动力的热移除所替代，例如冷却和/或制冷。电冷却、电冷却器、以电的方式移除热、电冷却或制冷装置等是指从流体移除热能。这样的电冷却包括但不限于通过以电的方式提供动力的装置进行的冷却。例如但不限于，电冷却可通过用电力为制冷循环提供动力来提供，其中制冷剂由以电的方式提供动力的压缩机压缩。作为另一个实例，电冷却可通过对鼓风的冷却风扇提供动力来提供，其中空气冷却工艺流体或元件。在实施方案中，电加热和冷却可由任何电源实现。
[0053]
图2为根据本公开的实施方案的由可再生能量提供动力的化学过程的示意图。如图2中所示，在实施方案中，由可再生能量驱动的过程可能看起来与常规化学过程相似。然而，由燃料供给的能量输入中的一部分、大部分或在一些情况下基本上全部可被可再生能量和/或可再生电力替代。在实施方案中，这样的燃料输入被基于非碳的能量、可再生能量和/或可再生电力的替代将允许co2排放的显著减少。在实施方案中，可采用任何可用形式的可再生能量。然而，如果采用可再生电力，则收益可能最大。可再生能量可从例如但不限于太阳能、风能或水力发电获得。根据本公开的实施方案，其他类型的可再生能量也可应用于化工设备。例如，在实施方案中，可使用聚光太阳能、地热能和/或直接太阳能加热的使用来提供热能并减少co2排放。
[0054]
经由(例如，可再生)电力供给所需能量的主要优势之一在于过程的能量效率将提高。表1示出了单元操作的能量效率，例示了化工设备中如上以c1、c2和c3描述的三种能量使用类别。从表1可见，当使用电能时，三类能量消耗中的每一种的效率都更高。根据本公开的实施方案，当用于旋转设备的蒸汽驱动器被电动机替代时(如在上文讨论的第三类c3中)，收益可最大，电动机运行的能量效率可高达蒸汽驱动器的能量效率的三倍。只有当电力源自基于非碳的可再生来源时才能实现这些收益，因为从基于碳的燃料燃烧来生成电力的能量效率只有30％至45％。在将可再生电力用于加热应用时(如在上文讨论的第一类c1和第二类c2中)，能量效率收益将较小，但仍然显著。最终结果是，如果使用可再生能量代替
基于碳的燃料(例如，天然气或其他烃)，则将使用更少的总能量。
[0055][0056]
根据本公开，可采用基于非碳的能量、可再生能量和/或电力(例如，来自可再生和/或不可再生来源)而不是上文描述的类别c1、c2和/或c3中的常规能源。在实施方案中，对大部分或基本上全部公用设施采用了电气化。在实施方案中，对大部分或基本上全部单元操作采用了电气化。在实施方案中，对大部分或基本上全部公用设施和单元操作采用了电气化。在实施方案中，对大部分或基本上全部过程应用、发动机、冷却和/或加热(例如，电驱动的热泵、制冷、电加热)、辐射、存储系统或其组合采用了电气化。
[0057]
在实施方案中，基于非碳的能源和/或可再生能源包括风能、太阳能、地热能、水电能、核能、潮汐能、波浪能、海洋热梯度能、压力延滞渗透或其组合。在实施方案中，基于非碳的能源包括氢。在实施方案中，如本文所述的用于电气化的电力由这类可再生和/或基于非碳的能源产生。在实施方案中，一些或全部电力来自不可再生和/或基于碳的来源，例如但不限于烃(例如，可再生或不可再生的烃)、煤或源自烃(例如，可再生或不可再生的烃)的氢的燃烧。
[0058]
大多数化工设备排放的大部分co2是燃烧化石燃料以为设备提供能量的结果。根据本公开的实施方案，在化学合成中使用可再生能量的另一个好处在于，相对于其中可燃烧烃和/或一种或多于一种化石燃料的等效常规化学合成设备或方法而言，排放的温室气体的量将显著减少(例如，减少大于或等于至少5％、10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％或100％)。烧烃(例如，天然气、甲烷)来生成能量会导致二氧化碳(co2)的产生；根据本公开的实施方案，可通过使用可再生能量来减少或避免这种产生。在本公开的实施方案中，每生产一吨产品所产生的co2的量被减少至小于或等于约1.6、1.5、1.4、1.3、1.2、1.1、1.0、0.75、0.5、0.3、0.25、0.2、0.1、0.05或0吨co2每吨化学产品(例如，烯烃)。此外，在本公开的实施方案中，可再生能量的使用释放了这些通常被作为燃料燃烧的烃(例如，天然气、甲烷)以用作化学原料(例如，来制甲醇)，这是更高价值的用途。
[0059]
在化学品的生产中使用可再生电力也可带来操作优势。例如，在实施方案中，可采用电能来提供更准确和可调的热量输入，例如以控制沿反应器的温度分布或改变蒸馏塔中特定塔板的温度。在实施方案中，在反应段中(例如，在热解反应段中)使用电加热会带来更好控制的除焦和/或更快的除焦。非限制性地，其他实例包括使用以电的方式提供动力的制冷单元来提高分离的效率，和用速动的按需电加热器和蒸汽发生器替代低效的备用燃气锅
炉以及针对其他公用设施用途。电力的使用还可在启动或关闭期间或响应过程变异性时取得显著的操作优势。一般而言，电力作为能源可应用于特定的位置并可以精确且可调的量应用，对过程变化响应迅速，从而与使用热能/燃烧能相比具有多种优势。
[0060]
根据本公开的实施方案使用可再生电力还可提高向不止一个化工设备(例如，烯烃合成设备和附近的氨合成设备或烯烃合成设备和附近的甲醇合成设备)供给能量的公用设施的能量效率。例如，如果向若干不同的生产设施提供氧气和氮气的空气分离单元中的压缩机用可再生电力提供动力，则相对于用天然气燃烧产生的蒸汽来供给这种电力而言可取得显著的能量收益。
[0061]
在实施方案中，可经由高温热泵或蒸气再压缩来提供能量回收。设备可还包括热量和/或能量储存器，例如，以在采用间歇性能源(ies)时使用。在实施方案中，废热可经由电驱动的热泵升级到可用温度水平。在其他实施方案中，当通过使用发电涡轮机而不是控制阀来降低工艺流压力时，能量可作为电力回收。在其他实施方案中，能量可使用热电设备作为电力回收。
[0062]
根据本公开的实施方案，使用可再生电力代替天然气或其他烃作为能源可作为现有化学过程(例如，现有烯烃合成设备)的改造的一部分或作为新化工设备(例如，新的烯烃合成设备)设计的有机组成部分进行。在改造中，使用可再生能量的机会可取决于现有设计的元素，如蒸汽系统；在改造中，需要仔细检查整个能量平衡和蒸汽系统，因为在不考虑这些因素的情况下电气化单件设备可能会导致能量效率低下。在实施方案中，如表1中所见，通过用电动机替代旋转设备的蒸汽驱动器(例如，在第三类c3中)来实现最高效率收益。然而，不同的目标可能导致部分电气化中的不同选择；在实施方案中，在一些情况下，以能量效率的较小增加为代价的较大co2减少有时可通过首先替换掉烃炉(例如，在第一类c1中)来实现。在实施方案中，如果热能和/或蒸汽是从不止一种烃源获得的，则可通过首先消除最昂贵和/或污染最严重的燃料源来实现最有利的操作。可引入多少可再生能量以及现有燃料消耗以及二氧化碳(co2)排放可减少到什么程度可随应用而异，并且在阅读本公开后将在本领域技术人员的技能范围内。
[0063]
在实施方案中，在基层化学设施(例如，基层烯烃合成设备)的设计中规划可再生能量的使用可为更好的能量效率和更低的co2排放提供更大的机会。在实施方案中，利用用电力为所有旋转设备(例如，在第三类c3中)提供动力来实现能量效率的高收益。在实施方案中，采用基本上全部(或大部分或大于40％、50％、60％、70％、80％或90％)电加热(例如，在第一类c1和/或第二类c2中)，并且归因于烟气中的热损失的低效率将被大大减轻或甚至避免。在实施方案中，可将经由化石燃料的燃烧生成的蒸汽的使用(例如，在第二类c2中)最小化或完全避免。在实施方案中，利用催化剂的改变和/或反应器运行条件的修改来允许反应器中较少的热生成和/或产生较少的燃烧副产物。在实施方案中，基于可再生电力的使用的设备(例如，烯烃合成设备)的设计允许分离操作的增强优化，因为压缩和制冷的相对成本经由根据本公开的可再生电力的利用而改变。在实施方案中，这样的增强分离还允许从排放流进一步捕获次要副产物，从而释放这些次要产品以进一步用作原料或产品。此外，根据本公开的实施方案，低成本电力的使用可允许引入新技术，例如但不限于混合气体和电加热器、变速压缩机驱动器、分布式制冷、热泵、改进的蒸馏塔、流体的被动式太阳能加热、反应器温度分布的精确控制、新型结构材料以及使用电制冷稀释剂进行淬火或冷却。如果
电力的成本足够低，则如本文所教导的那样利用这类电力可能有利于引入新的电化学过程。对于新建工程，例如由于缺乏(例如，全设施)蒸汽分配系统，故以电的方式驱动过程的资本集约化可能较低。
[0064]
根据本公开的实施方案，基于非碳的能量、可再生能量和/或电力(可再生、不可再生、基于碳的和/或基于非碳的电力)可用于几乎所有化学品的生产中，包括但不限于甲醇、氨、烯烃(例如，乙烯、丙烯)、芳烃、二醇和聚合物。在实施方案中，基于非碳的能量、可再生能量和/或电力也可用于化学品原料的制备中和用于燃料生产，如在甲基叔丁基醚(mtbe)合成、裂化、异构化和重整中。在这样的实施方案中，整个设备/工艺或其段的加热中的一些(例如，至少约10％、20％、30％、40％或50％)、大部分(例如，至少约50％、60％、70％、80％、90％或95％)或全部(例如，约100％)可由电加热提供，和/或整个设备/工艺或其段的冷却中的一些(例如，至少约10％、20％、30％、40％或50％)、大部分(例如，至少约50％、60％、70％、80％、90％或95％)或全部(例如，约100％)可由如上文所述的电冷却提供。下文公开了可再生能量、基于非碳的能量和/或电力在烯烃合成(例如，蒸汽裂化)应用中的使用。
[0065]
于2019年1月15日提交的标题为“use of renewable energy in olefin synthesis”的美国临时专利申请号62/792612和62/792615、标题为“use of renewable energy in ammonia synthesis”的美国临时专利申请号62/792617和62/792619、标题为“use of renewable energy in methanol synthesis”的美国临时专利申请号62/792622和62/792627及标题为“use of renewable energy in the production of chemicals”的美国临时专利申请号62/792631、62/792632、62/792633、62/792634和62/792635出于与本公开不相悖的目的在此并入本文。
[0066]
本公开描述了一种用于生产轻烯烃(例如，乙烯、丙烯、丁烯、丁二烯)的烯烃合成设备，其被配置为使得烯烃合成设备的一个或多于一个段、单元、或类似单元的组或单元操作所需的净能量中的大部分由来自基于非碳的能源的基于非碳的能量(e
nc
)(例如，不是经由基于碳的燃料如烃的燃烧产生的)、由可再生能量(例如，来自非化石燃料衍生能量(e
nf
))和/或由电力提供。在实施方案中，e
nc
或e
nf
源可包括电力，主要包括电力，基本上由电力组成，或由电力组成。在实施方案中，e
nc
或e
nf
源可包括可再生电力，主要包括可再生电力，基本上由可再生电力组成，或由可再生电力组成。在实施方案中，整个烯烃合成设备、设备的段(例如，进料预处理段、热解反应段、初分馏和压缩段、和/或产物分馏段)、类似单元的组(例如，压缩机、动力提供单元、加热单元、重沸器、冷却单元、制冷单元、分离器、蒸馏/分馏塔、炉子/热解反应器、重沸器)或设备的单元操作(例如，压缩、提供动力、裂化操作、分离、加热操作、冷却操作)或其组合所需的净能量中的一部分(例如，大于或等于约5％、10％、20％、30％、40％、50％)、大部分(例如，大于或等于约50％、60％、70％、80％、90％或95％)，或全部(例如，约100％)由电力、可再生能量(例如，非化石燃料衍生能量(e
nf
))和/或基于非碳的能量(e
nc
)提供。在实施方案中，电力由可再生能源提供，例如但不限于风能(例如，经由风力涡轮机)、太阳能(例如，光伏(pv)面板或太阳能热)、水电能、波浪能、地热能、核能、潮汐能、生物质燃烧与替代作物中相关的co2捕获或其组合。在实施方案中，整个烯烃合成设备、设备的段(例如，进料预处理段、热解反应段、初分馏和压缩段、和/或产物分馏段)、单元或类似单元的组(例如，压缩机、动力提供单元、加热单元、重沸器、冷却单元/制冷单元、分离器、蒸馏/分馏塔、炉子/热解反应器、重沸器)或烯烃合成设备的单元操作(例如，压缩、提
供动力、裂化操作、分离、加热操作、冷却操作)，或其组合所需的，并且常规地在相似的烯烃合成设备中经由燃料、基于碳的燃料和/或化石燃料的燃烧和/或使用蒸汽(例如，本身经由这样的燃料的燃烧而生成)作为中间热量(和/或能量)传递流体来提供的电力、可再生能量(例如，非化石燃料衍生能量(e
nf
))或基于非碳的能量(e
nc
)中的一部分(例如，大于或等于约5、10、20、30、40、50)、大部分(例如，大于或等于约50％、60％、70％、80％、90％或95％)或全部(例如，约100％)在不燃烧燃料、基于碳的燃料和/或化石燃料的情况下和/或在不使用由这类燃料的燃烧生成的蒸汽作为中间热量(和/或能量)传递流体的情况下提供。在实施方案中，用于整个设备或设备的一个或多于一个段、单元或类似单元的组的净能量由来自可再生能源的电力提供。例如，在实施方案中，加热经由电阻加热或以其他方式将电能转化成热能和/或机械能而以电的方式提供。
[0067]
在实施方案中，本公开的烯烃合成设备被配置为使得经由一个或多于一个热解反应器、进料制备系统、产物纯化系统或其组合利用以提供动力、加热、冷却、压缩或其组合所需的净能量中的大部分(例如，大于50％、60％、70％、80％或90％)由电力提供。
[0068]
在实施方案中，根据本公开的实施方案的烯烃合成设备为乙烯生产能力大于或等于约10000吨每年、500000吨每年、1000000吨每年、3000000吨每年或10000000吨每年的大型设备。在本公开中预期的较大规模下，由基于非碳的能源、可再生能源和/或电力提供的能量的量将相应地大。在实施方案中，根据本公开的方法部分或完全电气化的设备将消耗大于或等于50、100、150、200、250、500或750mw的电力。
[0069]
烃的蒸汽裂化生产烯烃是一个能源密集型过程，烯烃是石油化工产品的主要组成部分。经由蒸汽裂化产生的烯烃包括轻烯烃如乙烯、丙烯、丁烯、丁二烯等。这类烯烃可例如用在聚合物、化学中间体和合成橡胶的制造中。也产生副产物如正丁烯、异丁烯、丁二烯、异戊二烯和裂解汽油。进料流可包含石脑油、乙烷、丙烷、丁烷、lpg、冷凝物、瓦斯油、未转化的水性蜡(hydrowax)(加氢裂化器塔底物)、费-托蜡、加氢处理的原油和原油衍生物、回收塑料、生物油或其组合。
[0070]
虽然将利用烯烃合成设备的具体实施方案来描述如本文所公开的烯烃合成设备的电气化，但应理解，单元的众多布置和多种蒸汽裂化或其他烯烃合成技术可根据本公开电气化，在阅读本文的描述后这对于本领域技术人员将是显而易见的。此外，虽然参考特定的烯烃合成设备和方法(例如，蒸汽裂化设备和方法)进行了描述，但应理解，可在采用蒸汽裂化之外的技术(例如，煤或石油焦气化)的烯烃合成设备中采用如本文所述的电气化，并且这样的实施方案旨在在本公开的范围内。
[0071]
参考图3，该图为一般性蒸汽裂化设备或过程i的方框流程图，蒸汽裂化设备可认为包括用于将进料流5转化为期望的烯烃产物流50的以下工艺段中的一个或多于一个：进料预处理段10、热解反应段20、初分馏和压缩段30、产物分馏或“分离”和压缩段40或其组合。这样的段将在接下来的几段中简要描述，并将在下文中更详细地描述。
[0072]
如图3的蒸汽裂化方框流程图中所示，蒸汽裂化设备i的进料预处理段10可被配置为调节进料5的压力、可能地从进料移除不期望的组分(例如，二氧化碳(co2)、汞、水)、合并进来的进料与储存的进料以使热解反应段20的进料中的变化最小化、和/或预热进料5，以提供经预处理的进料流15。
[0073]
热解反应段20可包括至少一个被配置为在蒸汽的存在下裂化烃以产生裂化气体
流的蒸汽裂化器或“热解”炉和在线换热器(tle)或一些其他传热设备以从裂化气体流回收热量而提供经冷却的裂化流25。常规地，蒸汽裂化设备的炉子通过燃料如甲烷和氢气的燃烧产生高温环境。此过程是常规蒸汽裂化设备/过程中二氧化碳排放的主要来源。炉子通常包括辐射段和对流段，在辐射段中反应器管被加热至发生裂化反应的温度，原料在向反应器管中引入之前在对流段中被预热并与稀释剂蒸汽混合。炉子的对流段通常还用于回收热量和生成蒸汽，蒸汽常规地用于驱动下游压缩机和用于加热目的。通过下文描述的热解段的一种或多于一种改良，二氧化碳排放可减少，常规地作为燃料烧掉的烃(例如，甲烷、乙烷)可被用作化学品生产的额外原料，过量的蒸汽生产(例如，除了在热解反应段20的炉子中用作稀释剂的蒸汽外)可减少或消除，和/或炉子的能量效率可提高。
[0074]
初分馏和压缩段30可被配置为提供从经冷却的裂化气体流25的进一步热回收和经冷却的裂化气体流25的骤冷，从裂化气体流25移除一种或多于一种组分(例如，燃料油、硫化氢、二氧化碳、水或其组合)，和/或压缩裂化气体流25，从而提供经压缩的裂化气体流38。
[0075]
产物分馏或分离段40可被配置为分馏经压缩的裂化气体流38，选择性地氢化分馏过程中产生的一个或多于一个流，并提供一个或多于一个烯烃(例如，乙烯、丙烯)产物流50。产物分馏或分离段40还可提供一个或多于一个副产物流60，如但不限于c1流、c2饱和流、c3饱和流、c4饱和流、乙炔流、丁二烯流、1-丁烯流、异丁烯流、芳烃流、氢气流、裂解汽油流和/或燃料油流，或包含这些组分的组合的流。这些流中的一些可被再循环至蒸汽裂化设备i的一个或多于一个段。例如但不限于，c2、c3和/或c4饱和流可被再循环至热解反应段20的一个或多于一个热解炉，氢气可被纯化(例如，经由变压吸附单元(psa)和甲烷化反应器以移除co)并被再循环至氢化反应器(例如，c2、c3、乙炔或二烯烃氢化器)和/或用作燃料源(例如，经由燃料电池)。c1流也可被再循环用作燃料(例如，用于从中生产氢气)。
[0076]
如图3中所描绘和上文所述，去往蒸汽裂化设备或其一个或多于一个段或单元组、类似单元或单元操作的、或者在蒸汽裂化设备或其一个或多于一个段或单元组、类似单元或单元操作之内的能量(e)输入(其可常规地经由来自基于碳的能源的基于碳的能量(ec)2a、来自基于化石燃料的能源的化石燃料衍生能量(ef)3a或经由单独或主要地使用蒸汽(例如，为此目的使用源自基于碳或化石燃料的能源的能量生成的蒸汽)作为热量或能量传递介质(s
ht
)1来提供)可部分或完全被来自基于非碳的能源的基于非碳的能量(e
nc
)2b、来自可再生能源的可再生/基于非化石燃料的能量(e
nf
)3b和/或电力(例如，电力和/或可再生电力)所替代。基于碳的能量(ec)2a、化石燃料衍生能量(ef)3a或两者均可部分或完全被电力替代。在实施方案中，电力可源自基于非碳的燃料、可再生燃料或其组合。经由本文公开的系统和方法获得的益处可以是来自蒸汽裂化设备或过程的温室气体(ghg)排放4的减少。在实施方案中，蒸汽系统的上述消除或减少还可导致较低的基建和运营成本。
[0077]
根据本公开，在冷却工艺流时，应使用尽可能多的热量来加热其他工艺流。然而，低于某个温度，进一步的传热将不再有效或有用，而是利用鼓风机、冷却水和/或制冷(其需要能量输入来移除热量)。在这样的实施方案中，例如，用于改变工艺流的温度的热交换器、制冷单元或其组合可以电的方式提供动力。在实施方案中，蒸汽不单独用作中间热量和/或能量传递流，并且设备或其段不包括复杂的蒸汽系统如常规地用于能量传递的那些。在实施方案中，蒸汽用作传热流体而不用于做机械功，例如驱动泵或压缩机。在实施方案中，经
由电阻加热提供加热。在实施方案中，经由感应加热提供加热。
[0078]
尽管无意于受本文提供的实例的限制，但现在将参考图4的示例性蒸汽裂化设备ii来提供可根据本公开的实施方案电气化蒸汽裂化设备的一些方式的描述。在各种实施方案中，所描述的步骤、段、单元或单元操作可以任何合适的顺序进行，所述步骤、段、单元或单元操作中的一个或多于一个可不存在、重复、由不同的步骤、段、单元或单元操作所替代，并可采用本文未描述的附加步骤、段、单元或单元操作。
[0079]
如上文参考图3的实施方案所指出，在实施方案中，本公开的蒸汽裂化设备包括进料预处理段10/110。进料经由进料流105引入到蒸汽裂化设备ii。进料在进料预处理装置110中预处理以产生经预处理的进料115。进料预处理可包括调节进料的压力。例如，可采用膨胀器来将进料管线压力(例如，500psig)转化为单位压力(例如，约50psig)。在本公开的实施方案中，在此膨胀过程中产生的能量可作为电力捕获，例如，通过驱动发电机。在其中进料105包含不期望地高的二氧化碳(co2)含量的实施方案中，可利用电驱动单元来移除co2。例如，在实施方案中，可采用胺吸收方法，并可在再生过程中利用电热来从富胺汽提被吸收的co2。可采用这来代替例如汽提，从而潜在地减少蒸汽裂化设备的co2移除单元、预处理段10/110和整个蒸汽裂化设备所需的蒸汽的量。
[0080]
在其中进料包含不期望的汞含量的实施方案中，进料预处理可还包括汞移除。例如，在实施方案中，利用汞捕集器来从进料流105移除汞。在这样的实施方案中，汞捕集器的再生可以电的方式实现(例如，使用由电加热获得的热气体)。
[0081]
在其中值得担忧进料组成中显著变化的实施方案中，一些进料可作为液体储存以最小化进料中管线变化的影响。在其中进料为乙烷和/或丙烷的实施方案中，可由电压缩机和/或热电设备进行制冷。在这样的实施方案中，储存的冷乙烷和/或丙烷在用作进料之前可用作制冷剂，例如，可用于冷却另一工艺流，然后将相对温热的乙烷和/或丙烷引入到热解反应段20/120中。
[0082]
进料预处理10/110还可包括进料预热110’(图4)。在实施方案中，进料预热尽可能经由与热解产物气体的热传递(和冷却)来实现。由于进料预热110’可通过与热解反应器的和/或热解反应器内的产物热交换来实现，故在图4中用热解反应段120表示。热传递可通过一个或多于一个进料/流出物热交换器直接实现和/或通过使用传热剂(例如，导热姆或蒸汽)间接实现。由于蒸汽(“稀释蒸汽111”)被作为稀释剂引入到烃进料中，故可能希望经由与热解产物的热传递或通过电加热来产生蒸汽，并通过合并相对较热的蒸汽与相对较冷的进料来使用蒸汽预热进料，因为在这种情况下，这样的蒸汽不仅仅用作中间热量或能量传递介质，而是还用作热解反应器中的稀释剂。在实施方案中，用于预热进料的热交换器包括内置加热元件。在实施方案中，可将进料预热到比常规的蒸汽裂化中通常使用的温度更高的温度(例如，对于乙烷，预热到高于600至675℃的温度)，使得可利用更多的可自冷却热解反应器的产物获得的热量。在实施方案中，通过电阻加热(例如，经由电流流过与承载进料的管道热接触但不一定电接触的金属丝)将进料加热到预定的温度。在实施方案中，利用热解反应器的辐射段中的热量来预热进料，并且其中的热量经由将电力转化为可用于预热进料的热能的任何合适的方法以电的方式生成。在实施方案中，进料在注入之前通过过热稀释蒸汽111来预热，并且稀释蒸汽通过多种电加热方法中的任一种加热，如上文所提到的等。在实施方案中，蒸汽以电的方式被加热到高于混合点处较冷进料流的温度以快速提高
合并流的温度。在实施方案中，蒸汽以电的方式被加热到高于热解反应器的温度并在其进入热解反应器之前即刻注入到较冷的进料中，使得加热进料至反应温度的最终加热发生得足够快，以防止不希望有的反应。在实施方案中，注入热蒸汽以引发绝热裂化，从而部分或完全减少热解反应器中的能量输入。在实施方案中，通过由可再生能量提供动力的设备将蒸汽或其他稀释剂的压力升高至所需的工艺压力。这样的设备可包括但不限于以电的方式加热或由来自可再生能源的热量供给的蒸气压缩机、泵或密闭容器。在实施方案中，进料由阻抗预热(例如，当电流过承载进料的导管时)。在实施方案中，进料可通过欧姆加热、或等离子体、或电弧、或射频(rf)、或红外线(ir)、或uv、和/或微波直接加热。在实施方案中，进料可通过经过以电阻方式加热的元件上方来预热。在实施方案中，进料可通过感应(例如，振荡磁场)来预热。在实施方案中，进料可通过由电力驱动的机械措施来加热。在实施方案中，进料可由热泵预热。在实施方案中，进料通过使热的惰性气体或另一介质经过管子上方来预热，并且所述热的惰性气体或另一介质以电的方式加热(例如，经由任何前述方法等)。在实施方案中，进料借助于以电的方式加热的辐射板来预热(例如，经由任何前述方法等)。在实施方案中，加热到预定的温度可通过以上的组合来实现。
[0083]
如上所述，在实施方案中，在可能的程度上，烧燃料不伴随烟气的产生，和/或根据本公开的实施方案最小化蒸汽(或经由一般蒸汽系统的过量蒸汽)的产生。在实施方案中，能量效率因烟气的消除而提高，因为消除了含在烟气中的热量向大气中的损失。在实施方案中，本文公开的蒸汽裂化系统和方法可因此在基建成本、环境许可和监测、易于操作性和/或设计以最小化焦形成的加热方面提供优势。
[0084]
如上文参考图3和4的实施方案所指出，本公开的蒸汽裂化设备包括裂解反应段20/120。热解反应段20/120可包括一个或多于一个热解反应器或炉子、一个或多于一个在线换热器(tle)或两者。反应段20/120的热解反应器可与进料预热分开和/或与其整合，如经由图4的实施方案中的框120所示。例如，在实施方案中，热解反应器可与用于进料预热的上述加热元件结合(例如，可在其中包括加热元件)。在实施方案中，采用以电的方式加热的炉子。在实施方案中，仅采用电加热且无对流段、无烟气热回收和/或无烟气。在实施方案中，热以电的方式供给辐射板，辐射板随后通过辐射将热传递到热解反应器。在实施方案中，热解炉为可经由电加热和燃料气体燃烧两者运行的混合炉。在其中用电力向蒸汽裂化的其他部分供给能量但热解段通过燃烧来加热的实施方案中，改变炉子的设计和/或运行(例如，通过改变物理设计、空气/燃料比、燃料进给速率和/或其他变量)，从而使热的燃烧气体离开辐射段的温度降低，并最小化必须在对流段中回收的能量的量。在实施方案中，可在热解反应段中经由电加热来施加热量以相对于经由燃料的燃烧(并伴随产生烟气)加热的热解反应器增强或优化所得温度分布。在实施方案中，热解反应段的电加热允许加热器的独立运行，这些加热器传统上经由对流管束中的共享烟气流而彼此偶联。在实施方案中，对热解段中的热量进行更精确的控制将允许使用更高的平均热解反应器温度。在实施方案中，利用电力来生成(直接或间接地)自由基以引发热解反应。这样的自由基可例如通过将进料烃加热到使它们的一部分分解生成自由基的温度来间接地生成，或通过一个或多于一个等离子体源如介电阻挡放电、冷等离子体、电晕放电、辉光放电、滑动弧、火花放电和/或微波等离子体来直接地生成。所述一个或多于一个等离子体源可设置在热解反应器内并生成控制热解反应器内存在的反应物的等离子体。在实施方案中，自由基可原位或异位生成
(例如，在反应器内或反应器外部)。在实施方案中，自由基可由超音速热气体流生成。在实施方案中，自由基可通过在用紫外线(uv)辐照或可见光辐射下的光解离生成，如通过用紫外线光子、真空-紫外线(vuv)光子等原位或异位辐照。在实施方案中，原位自由基生成在进料达到热解温度之前即刻发生。在实施方案中，异位生成在载气的存在下发生。在实施方案中，该载气包括乙烷、丙烷或氮气。在实施方案中，在进料达到热解温度之前即刻将异位生成的自由基注入到进料流中。在实施方案中，自由基在沿着一个或多于一个热解反应器的长度的多个点处注入。
[0085]
在实施方案中，稀释蒸汽111至少部分地由替代稀释剂替代或提供。(本文提及的“蒸汽裂化”旨在涵盖这样的实施方案。)例如，在实施方案中，稀释剂包括氮气、甲烷、氢气或尾气(例如，主要包含来自产物分馏段40/140的脱甲烷塔的甲烷(c1)和氢气(h2)的脱甲烷塔尾气)。在实施方案中，使用电力加热热解反应段20/120的热解反应器允许利用不同的材料来构造热解反应器内的工艺管(例如，进料和热解产物经过的管)。
[0086]
可经由本文公开的蒸汽裂化设备和蒸汽裂化方法来减少除焦。然而，在实施方案中，可经由向热解反应器管中引入热空气、蒸汽或其他气体来实现除焦。在实施方案中，将除焦气体以电的方式加热，和/或利用电加热来控制除焦过程。在实施方案中，本文公开的蒸汽裂化设备比常规蒸汽裂化设备(例如，利用燃料的燃烧来加热热解反应器)结焦慢、除焦快或两者兼有。在实施方案中，用于除焦的蒸汽由电加热器或电极锅炉产生。
[0087]
本文公开的蒸汽裂化设备可包括tle 123，其可操作以提供第一步快速冷却(或“一级骤冷”)以停止反应(例如，将裂化气体产物流122中的裂化气体产物的温度快速降低到约350至600℃)并产生经tle骤冷的裂化气体流125。在实施方案中，初始tle骤冷仅将温度降低到使不希望有的反应停止发生所需的最高温度而剩余的热量在后续热交换器中移除。tle骤冷可经由气-气热交换来实现以将热量返回到进料并因此预热进料。在实施方案中，tle 123可使用传热介质(例如，导热姆或蒸汽)间接地移动热量。在实施方案中，tle可包括不止一个段，由此可在不止一个温度下实现热传递，从而允许比单段tle捕获更多的热量。在实施方案中，热解反应经由冷流体的注入来骤冷，而不是经由tle。根据本公开的实施方案，这样的冷流体可以电的方式冷却/产生。在实施方案中，稀释蒸汽111可通过在tle骤冷123处与tle热交换而生成。
[0088]
如上文参考图3和4的实施方案所指出，本公开的蒸汽裂化设备包括初分馏和压缩段30/130。初分馏和压缩段30/130可被配置为提供从经冷却的裂化气体流25/125的进一步热回收和经冷却的裂化气体流25/125的骤冷，从裂化气体流25/125移除一种或多于一种组分(例如，燃料油、裂解汽油、热解油、硫化氢、二氧化碳、水或其组合)，和/或压缩裂化气体流25/125，从而提供经压缩的裂化气体流38/138。在实施方案中，初分馏和压缩段30/130可包括裂化气体冷却器、油和/或水骤冷和/或油和/或水分离131(为简洁起见，本文也称为“骤冷和工艺水系统”131)、裂化气体压缩133、酸性气体移除135、水移除137或其组合。
[0089]
本文公开的蒸汽裂化设备可包括裂化气体冷却器，其可操作以从经tle骤冷的裂化气体流125提取额外的热量。这样的裂化气体冷却器可经由直接的气体-气体热交换来运行以预热进料流105，可用于生成稀释蒸汽，可用于回收热量以用于设备中其他地方的热整合(例如，不同于预热进料流105或除了预热进料流105之外)，和/或可用于生成电力同时冷却气体(例如，经由热电设备)。
[0090]
在实施方案中，本文公开的蒸汽裂化设备可包括骤冷(例如，二级骤冷)和工艺水系统，如图4的实施方案的骤冷和水工艺系统131，其可操作以冷凝水和所生成的更高分子量的烃，或这样的水骤冷系统可被如下所述替代。在骤冷和水工艺系统131中移除的热量可用于热整合。在实施方案中，热量可用于预热进料流105。在实施方案中，可利用热电设备来直接冷却工艺流或冷却水骤冷流126，在一些实施方案中还用来生成电力。在实施方案中，采用吸收式冷水机来将工艺流或骤冷水流126冷却到比使用电制冷的常规方法低的温度。在实施方案中，采用热泵。在实施方案中，采用电力来实现从骤冷水的油分离。
[0091]
在实施方案中，本文公开的蒸汽裂化设备可包括用于工艺水的汽提塔重沸器。在这样的实施方案中，可采用电加热器来加热工艺水汽提塔重沸器。在实施方案中，采用电极锅炉(例如，通过施加电流通过水而经由欧姆电阻加热来运行)来蒸发再循环的工艺水(例如，以生成稀释蒸汽111)。在实施方案中，使用浸入式加热器来蒸发工艺水。如上文在进料预热段110’中所指出，在实施方案中，采用电加热器来使稀释蒸汽过热，使得蒸汽可被过热到比传统设计更高的温度。在实施方案中，对一系列骤冷水冷却应用采用电加热器来实现温度控制和克服温度驱动力限制。在实施方案中，可采用热电设备来改变骤冷水温度以进一步冷却回流到骤冷水塔的水，同时加热用于骤冷水热量回收中的加热应用的水，以获得对两种应用更好的温度驱动力。
[0092]
类似的电气化可用于裂化气体冷却器的油骤冷和/或油分离、石脑油或瓦斯油裂化器的油和/或水骤冷和/或油和/或水分离131。
[0093]
在实施方案中，本文公开的蒸汽裂化设备可包括裂化气体压缩段(或“一级压缩段”)133，其包括一个或多于一个阶段(例如，1、2、3、4或5个初步压缩阶段)用于压缩流132中的经骤冷的裂化气体以产生经压缩的裂化气体流134，每个压缩阶段包括一个或多于一个压缩机。在实施方案中，常规蒸汽裂化设备的蒸汽涡轮机(在一级压缩段或蒸汽裂化设备中的其他地方(例如，二级压缩段包括一个或两个压缩阶段，每个压缩阶段包括一个或多于一个压缩机)、丙烯制冷压缩机或压缩段和/或乙烯制冷压缩机或压缩段内)被电动机所替代。电动机(例如，电驱动压缩机)可用于多阶段压缩段中的每一阶段，或者可对特定组的压缩阶段采用某些电动机。这可允许优化。在实施方案中，所采用的一个或多于一个电动机为变速电动机。在实施方案中，经由采用一个或多于一个电驱动压缩机，可增加下游产物分离段40/140中的压力，从而能够减少对制冷的需求。在这样的实施方案中，过程可能需要额外的压缩机负荷但较少的公用设施负荷。在替代的实施方案中，可减小压力，从而导致需要增加制冷。在这样的实施方案中，过程可能需要较少的压缩机负荷但较多的公用设施负荷。这种增加和减小压力的实施方案能够实现压力的非常规优化。如上文所述的裂化气体压缩机的电气化可允许去除常规并入蒸汽裂化设备中的用以应对蒸汽供给变化的燃烃备用锅炉。相应地，在实施方案中，本公开的蒸汽裂化设备不包括燃烃锅炉。在实施方案中，为了提高可靠性，采用整合到裂化气体压缩133的一个或每一个压缩阶段上游的气/液分离器中的热电设备。这样的热电设备最初会冷却气体并提供更多的冷凝，但也会再热气体以帮助消除可能夹带的任何液滴，从而保护压缩机叶片免受液滴碰撞的侵蚀。在实施方案中，一个或多于一个压缩机由包括电动机驱动器、蒸汽涡轮机驱动器和/或燃气涡轮机驱动器的多驱动系统提供动力。在实施方案中，使用电极锅炉来为压缩机涡轮机生成蒸汽。在一些实施方案中，用于压缩机涡轮机的蒸汽是连续产生的。在其他实施方案中，来自电极锅炉的蒸汽仅被
短时间需要以应对间歇性操作情况。
[0094]
在常规蒸汽裂化设备中，由于乙烯生产的能量密集性质，故从裂化气体回收的大多数能量被用于制备高压(例如，1800psi)蒸汽。该蒸汽被用于驱动用于压缩裂化气体的涡轮机、丙烯制冷压缩机、乙烯制冷压缩机、泵等。根据本公开的实施方案，蒸汽不被用于提供机械功，例如驱动用于压缩裂化气体的涡轮机(例如，在一级和/或二级裂化气体压缩段、阶段或压缩机中)、丙烯制冷压缩机、乙烯制冷压缩机或其组合。
[0095]
本文公开的蒸汽裂化设备可包括酸性气体移除系统135，用于从压缩气体流134移除酸性气体(例如，硫化氢、二氧化碳)以产生酸性气体减少的流136。(这可以是与进料预处理段10/110中描述的胺吸收系统相同或不同的系统。)常规的酸性气体移除系统为苛性碱洗涤器。在实施方案中，这样的系统被电气化的胺系统所替代，由此不产生废苛性碱流。胺系统可根据本公开的实施方案通过用电加热器加热用来再生胺流的汽提塔而电气化。在实施方案中，该电加热器为浸入式加热器。
[0096]
在实施方案中，本文公开的蒸汽裂化设备可包括被配置为移除水分的水移除装置或干燥器，如被配置为从酸性气体减少的流136移除水并产生经干燥的裂化气体流138的水移除装置137。在实施方案中，干燥器的再生用以电的方式加热的气体实现。在实施方案中，容器以电的方式加热以加速再生过程。在实施方案中，采用闭环系统来从再生气体冷凝水。
[0097]
如上文参考图3和4的实施方案所指出，本公开的蒸汽裂化设备包括产物分馏段40/140。产物分馏或分离段40/140可被配置为分馏经压缩的裂化气体流，选择性地氢化分馏过程中产生的一个或多于一个流中存在的一种或多于一种组分，并提供一个或多于一个烯烃(例如，乙烯、丙烯)产物流50/150。在实施方案中，产物分馏或分离段40/140可包括蒸馏(例如，低温蒸馏)146、低温制冷143、二烯烃和/或炔烃氢化139、氢气纯化、萃取、组分(例如，乙烷)再循环142或其组合。
[0098]
本文公开的蒸汽裂化设备可包括一个或多于一个制冷或低温制冷段143(例如，用于乙烯制冷、丙烯制冷、低温蒸馏)的一个或多于一个制冷压缩机。制冷压缩机中的一个或多于一个可根据本公开的实施方案电气化。在实施方案中，采用额外的压缩机和/或阶段来允许每个制冷回路针对个别用途进行定制。在实施方案中，采用不同的工作流体，如氮气(n2)、二氧化碳(co2)或制冷剂混合物，而不是常规的乙烯和丙烯。在实施方案中，进料乙烷或丙烷可在电力(例如，来自ies)可得或便宜时被冷却并储存，而在电力不可得或昂贵时被用作制冷剂和进料。在实施方案中，产物乙烯和/或产物丙烯可在电力(例如，来自ies)可得或便宜时被冷却并储存，而在电力不可得或昂贵时被用作制冷剂。
[0099]
在实施方案中，可通过采用发电涡轮机而不是控制阀来回收(以电力)在制冷剂的每个降压步骤(它们是绝热的而不是等熵的)损失的能量。在实施方案中，利用直接电冷却(例如，经由热电设备)来实现部分或全部制冷，而不是利用涉及蒸气压缩的常规制冷。
[0100]
本文公开的蒸汽裂化设备可包括如图4中所示被配置为进行裂化气体流的产物分馏的蒸馏段与被配置为分馏经由裂化气体蒸馏进料流141引入到其中的裂化气体的低温蒸馏段146的一个或多于一个蒸馏或低温蒸馏塔。在图4的实施方案中，蒸馏段146被配置为产生乙烯产物流150、c
3+
流161、含氢气和甲烷的流144及乙烷再循环流142，乙烷再循环流142可返回到热解反应段120。
[0101]
分馏系统可包括脱甲烷塔、脱乙烷塔、c2分流器、脱丙烷塔、c3分流器、脱丁烷塔、乙
炔氢化器、c3氢化器中的一种或多于一种，或它们的任何合适的组合；在不脱离本公开的精神和教导的情况下，本领域技术人员可相应地改变这些步骤的顺序。蒸汽裂化设备可还包括一个或多于一个再循环管线，其被配置为将乙烷、丙烷或其他烃馏分单独地或共同地返回到热解段20/120。蒸汽裂化设备可还包括在脱丁烷塔的下游并被配置为分离丁二烯的丁二烯提取装置；在c2分流器的上游或下游并被配置为氢化乙炔的乙炔氢化装置；在c3分流器的上游并被配置为氢化甲基乙炔和/或丙二烯(allene)的甲基乙炔和丙二烯(mapd)氢化器；或其组合。
[0102]
在实施方案中，在蒸馏段146中采用一个或多于一个以电的方式供给和/或移除热量的蒸馏塔。在实施方案中，一个或多于一个蒸馏塔具有以电的方式控制的温度分布，这可允许更精确地控制其中的预定温度分布。在实施方案中，一个或多于一个蒸馏塔被配置为与一个或多于一个电驱动重沸器一起运行。
[0103]
在实施方案中，采用热泵布置以电的方式来加热和冷却塔(在本文中也称为蒸馏塔)。热泵可与制冷系统143整合。可进行热泵、制冷系统和/或以电的方式加热的重沸器之间的优化。
[0104]
在实施方案中，来自低温蒸馏段146的一个或多于一个蒸馏塔(例如，来自脱乙烷塔的排气口)的排出气体可使用一个或多于一个热电冷却器来冷却，在一些实施方案中也用于产生电力。
[0105]
在实施方案中，低温蒸馏系统中的全部或部分被溶剂系统或吸附剂系统替代，用于其的能量由电加热供给。在实施方案中，电加热器、冷却器和/或热泵与反应蒸馏系统结合使用。
[0106]
在实施方案中，本文公开的蒸汽裂化设备产生一个或多于一个包含氢气、甲烷或两者的流144，并且裂化设备可还包括变压吸附器(psa)、气体渗透膜、低温蒸馏装置或用于回收氢气的其他氢气纯化装置145。在实施方案中，可对psa的加压实现电气化。在实施方案中，可对低温蒸馏的制冷实现电气化。回收的氢气可用在蒸汽裂化设备内，如用于c2、c3、二烯烃和/或乙炔氢化139。在实施方案中，氢气被输出以用于进一步的化学用途(例如，到氨厂、甲醇厂或炼油厂)，而不是被烧以制热。回收的甲烷可被用作例如另一设备的进料，如但不限于氨合成设备或甲醇合成设备。在实施方案中，甲烷被输出到甲醇合成设备而不是被烧以制热。在实施方案中，包含甲烷和h2的混合物的气体未被纯化，并可被送到其他场外或现场单元(例如，用于甲醇或氨合成)。氨合成设备和/或甲醇合成设备也可或可不类似于本文所述的方式地电气化。
[0107]
在实施方案中，可将包含氢气、甲烷或两者的所述一个或多于一个流144进料到燃料电池以纯化甲烷和产生电力。在实施方案中，自氢气纯化装置145获得的经纯化的氢气可被进料到燃料电池以产生电力。在实施方案中，在可再生电力(例如，来自可再生ies)可得时储存经压缩或吸附的氢气，而在ies不可得或昂贵时经由燃料电池利用经压缩或吸附的氢气以发电，例如当来自可再生来源如太阳的电力在白天可得但在夜间不可得时。在实施方案中，气态或液态乙烷或丙烷被储存，并且液态乙烷或丙烷在稍后(例如，在夜间)被用作制冷剂，例如当来自可再生来源如太阳的电力在白天可得但在夜间不可得时。在实施方案中，液态乙烯或丙烯被储存并在稍后(例如，在夜间)被用作制冷剂，例如当来自可再生来源如太阳能的电力在白天可得但在夜间不可得时。
[0108]
在实施方案中，本文公开的蒸汽裂化设备包括一个或多于一个氢化装置，如但不限于乙炔氢化装置、甲基乙炔和丙二烯(mapd)氢化装置和/或其他氢化装置。这样的氢化装置在图2中框139处指示。在实施方案中，本文公开的蒸汽裂化设备在框139处包括乙炔或二烯烃氢化装置，但氢化可在低温蒸馏146的蒸馏塔之间进行。根据本公开的实施方案，可使用电力来预热引入到这样的氢化装置中(例如，经由流138)的经干燥裂化气体。在实施方案中，中间冷却器，如果有的话，可经由热泵或电冷却来运行。
[0109]
在实施方案中，蒸汽裂化设备内所需的净热量输入或移除中的大部分、大于20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％或90％或基本上全部由基于非碳的能源、由可再生能源如可再生电力、由电力(例如，来自可再生和/或不可再生来源的电力)或其组合提供。
[0110]
在实施方案中，裂化气体的压缩(例如，在一级裂化气体压缩133和/或二级裂化气体压缩段、阶段或压缩机中)、制冷(例如，丙烯制冷压缩机、乙烯制冷压缩机或其组合)和/或蒸汽裂化设备内的其他地方所需的净能量中的大部分、大于20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％或90％或基本上全部由基于非碳的能源、由可再生能源(例如，e
nf
能源)如可再生电力、由电力(例如，来自可再生和/或不可再生来源的电力)或其组合提供。例如，可利用电动机、电驱动涡轮机和/或由以电的方式产生的蒸汽驱动的涡轮机来提供整个蒸汽裂化设备或其一个或多于一个段的压缩。在实施方案中，大部分、大于20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％或90％、或基本上全部压缩机被电动机、电驱动涡轮机和/或由以电的方式产生的蒸汽驱动的涡轮机替代或者利用电动机、电驱动涡轮机和/或由以电的方式产生的蒸汽驱动的涡轮机。在实施方案中，可使用电力来为流体提供原动力。例如，可使用电力来为泵提供动力以移动和/或加压液体，和/或为鼓风机和/或风扇提供动力。在实施方案中，烯烃合成设备中利用的泵的数目中的一部分、大部分(例如，20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％或100％)或基本上全部是电气化的。
[0111]
在实施方案中，利用电力来产生比常规冷却水略冷(例如，冷2℃、5℃、10℃或15℃)的冷却水以实现本文公开的烯烃合成设备的一个或多于一个段内的冷却。在实施方案中，可在热解反应段20/120处的裂化器中采用氮气、甲烷或co2来实现一级骤冷。
[0112]
如上所述，根据本公开的实施方案，当利用来自具有潜在或已知间歇性供给(例如，间歇性能源或ies)的可再生来源的电力时，可采取各种步骤来维持蒸汽裂化设备的运行。这样的ies应对可如2019年1月15日提交的标题为“use of intermittent energy in the production of chemicals”的美国临时专利申请号62/792636和62/792637中所述，这些临时专利中每一者的公开内容出于与本公开不相悖的目的并入本文。例如，在实施方案中，针对电力供给的间隙性，储存压缩氢气。替代地或另外地，针对电力供给的间歇性，可储存一种或多于一种低温液体。替代地或另外地，针对电力供给的间歇性，可储存热量。替代地或另外地，针对电力供给的间歇性，可保留电池。可为关键部件提供备用电源；可采用不可再生电力作为间歇性可再生电力的后备。例如，这样的备用电源可经由由压缩气体或飞轮驱动的装置产生。
[0113]
本公开的蒸汽裂化设备的电气化可经由可以是高压或低压的电源提供。电气设备可基于交流电(单相或多相)或直流电运行或者是基于交流电(单相或多相)或直流电运行的。
[0114]
在实施方案中，在本公开的蒸汽裂化系统和方法中(例如，在进料预处理段10/
110、热解反应段20/120、初分馏和压缩段30/130、和/或产物分馏段40/140中)不采用由燃料的燃烧生成或者纯粹为热量和/或能量传递而产生的蒸汽。以这种方式，在实施方案中，根据本公开的烯烃合成设备可在无复杂的蒸汽热量和/或能量传递系统(其可常规地用于烯烃合成设备中)的情况下运行。在一些应用中，例如在反应器内采用蒸汽作为进料组分和/或稀释剂的情况下，这样的蒸汽可经由与化学合成设备内的工艺流的热传递产生和/或可以电的方式产生。在实施方案中，可使用电力使经由与工艺流的热传递生成的蒸汽过热。在实施方案中，在整个烯烃合成设备中都不采用蒸汽作为商品或公用品。在实施方案中，本公开的烯烃合成设备基本上无蒸汽，或比常规的烯烃合成设备采用大大减少的蒸汽(例如，使用少至少10、20、30、40、50、60、70、80、90或100体积百分数(体积％)的蒸汽)。例如，生产烯烃的常规设备可利用蒸汽生产用于进料预处理段10/110和/或产物纯化段40/140的蒸馏塔的重沸器，可利用蒸汽生产来驱动用于压缩过程和/或再循环流的蒸汽涡轮机，或可利用蒸汽生产来驱动用于制冷的蒸汽涡轮机。在实施方案中，对于根据本公开的化工设备中的那些操作，不产生蒸汽，或者产生大大减少的蒸汽(例如，过程使用少至少10、20、30、40、50、60、70、80、90或100体积百分数(体积％)的蒸汽)。在实施方案中，蒸汽被用作传热流体，但不被用于做机械功(例如，以驱动压缩机或泵)。在实施方案中，为这些操作生成的蒸汽首要(例如，在所采用的总蒸汽中，最大百分数是以电的方式产生的)、主要(例如，大于50％的蒸汽是以电的方式产生的)或基本上全部以电的方式产生。在实施方案中，用作反应物或稀释剂的蒸汽首要(例如，在所采用的总蒸汽中，最大百分数是以电的方式产生的)、主要(例如，大于50％的蒸汽是以电的方式产生的)或基本上全部以电的方式产生。
[0115]
在实施方案中，在本公开的烯烃合成设备或过程中，更多的能量被直接“原样”采用，例如，采用来自热产物流出物流的热量来加热进料流，而不被转换，例如，经由蒸汽的生成和经由蒸汽涡轮机将热能转化为机械能。根据本公开的实施方案，直接地使用能量可提高烯烃合成设备的能量效率，例如通过减少当把热量转化为机械能时发生的能量效率损失。
[0116]
由于能量消耗占传统烯烃合成设备的运营成本的很大一部分，故根据本公开提高能量效率(例如，经由电气化)、和/或利用常规地经燃烧以用于为重整提供热和/或经压缩以用于燃烧(例如，经燃烧以产生用于蒸汽涡轮机的蒸汽或为燃气涡轮机而燃烧)的甲烷或氢气来产生额外的产物(例如，由甲烷产生甲醇和/或由氢气产生氨)可提供优于常规烯烃合成设备的经济优势。伴随地，相对于其中将烃作为燃料的燃烧常规烯烃合成设备，经由本公开实现的化石燃料(例如，天然气、甲烷)作为燃料的燃烧的减少提供了减少的温室气体(ghg)排放。在实施方案中，ghg排放(例如，二氧化碳排放)相对于其中烧烃作为燃料的常规烯烃合成设施减少至少5％、10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％或100％。在实施方案中，co2的产生减少至小于或等于约1.5、1.2、1.0、0.75、0.5、0.2或0吨co2每生产一吨化学产品(例如，烯烃，如但不限于乙烯)。在实施方案中，本公开的方面可带来过程的碳效率的增加(即，带来过程中消耗的碳中作为有用产物重新出现的分数的增加)，和/或带来比能耗(例如，合成一定量的化学产品50所采用的能量)的降低。
[0117]
常规地，化学过程中的单元操作所需的能量通常由烧化石燃料，尤其是天然气提供。本文公开了系统和方法，通过这样的系统和方法，在实施方案中，可用基于非碳的能量e
nc
、可再生能量e
nf
如可再生电力、和/或由来自任何来源(例如，可再生和/或不可再生)的
电力减少或替代此能量输入，从而提高能量效率(例如，减少能量损失)。本文公开的基于非碳的能量e
nc
、可再生能量e
nf
和/或电力在化学品生产中的使用，如经由裂化生产烯烃，将提高烯烃合成过程的能量效率和/或减少和/或消除自烯烃合成过程的二氧化碳排放和烯烃合成过程内的化石燃料消耗。在实施方案中，过程的能量效率降低，使得每生产一吨乙烯的比能耗(针对过程的总净能量输入(包括燃料和电力)除以生产率)小于或等于17、16、15、14、13、12、11、10、9或8gj，其中如果消耗了燃料，则使用燃料的较高热值计算所述比能耗。
[0118]
实施例
[0119]
已一般性地描述了实施方案，给出以下实施例作为本公开的特定实施方案并证实其实践和优点。应理解，这些实施例以示意的方式给出而非旨在以任何方式限制说明书或权利要求书。
[0120]
在与实施例相关的图5-9中，闪电符号用于表示电力，尤其是可再生电力，而三重细长的“s”符号用于表示蒸汽使用。在图5-9和下面的实施例的描述中，泵和杂项能量库表示为217。
[0121]
对比例1
[0122]
进行过程模拟以确定用于通过乙烷的蒸汽裂化生产乙烯的典型过程iii的热量和质量流量。此对比例1中采用的过程模拟使用aspen进行。它不代表具体的运行设备，但它代表如下文参考图5描述的典型设备；设计参数取自具体设备的认识以及关于典型过程操作的文献信息。尽管变型对于本领域技术人员来说显而易见，但该对比例1代表了一种典型的过程，该过程可用作比较根据本公开的实施方案的电气化改造的效果的基础。
[0123]
对比例1的过程被配置为每小时生产187.5公吨乙烯。如果一年运行典型的8000小时，则这将导致150万吨乙烯的生产，但由于故障和维护导致的停机时间的变化可能会增加或减少此输出。此规模是目前正在建造的最大乙烷裂化器的典型规模。在此规模下，通常会使用八至十二个单独的裂化炉，每个裂化炉含有多个反应器管。因为管会积聚焦炭和其他沉积物，故必须定期使各个炉子离线以进行再生；设备通常可同时运行六至十二个之间的炉子。
[0124]
如图5中所示(其已被简化以仅示出该对比例1的过程的基本特征)，将236公吨/小时(t/hr)的乙烷进料205进料到该过程并在进料预处理段210的混合器中与乙烷再循环流242中的再循环乙烷和稀释蒸汽流211中的稀释剂蒸汽合并；在进料预热段210’的炉子的对流段中将经合并的进料流215加热到650℃，随后在含在热解段220的炉子的辐射段内的反应器管中加热到840℃的反应温度。这些辐射段还为乙烷裂化供给反应热，乙烷裂化是吸热的。脱气器216可提供脱气器蒸汽，该蒸汽被注入到锅炉给水中以在进入进料预热段210’的炉子的对流段之前移除氧气和其他溶解的气体，如图5中所示。在裂化气体产物流222中离开的工艺气体在在线换热器(tle)223中冷却至400℃并通过在热交换器hx1中交换经tle骤冷的裂化气体流225中的产物而进一步冷却，热交换器hx1蒸发管线212和226中的水。然后通过在水骤冷231中骤冷来回收稀释剂水；水管线226中的回收水被返回以作为热解反应段220中的稀释剂再利用。水骤冷231可包括水骤冷塔和水汽提塔，在图5的实施方案中，其可采用水汽提塔蒸汽。经骤冷的裂化气体流232中的产物在裂化气体压缩233中压缩，并且经压缩的裂化气体流234在酸性气体移除/水移除235/237中干燥和移除酸性气体杂质以产生经干燥的裂化气体流238。经干燥的裂化气体流238经由低温分馏246和相关的低温制冷243
进行产物分馏240，其被操作以分离产物与副产物。与再循环乙烷流242中的再循环乙烷一道，产物和副产物包括乙烯产物流250中187.5t/hr的乙烯、含氢气和甲烷的流244中30t/hr的包含氢气和甲烷的混合物及主要包含丙烯和丁二烯的c
3+
流261中13t/hr的c
3+
产物。
[0125]
除了若干较小的使用者外，在该对比例1的常规过程iii中还有五个主要的能量消耗者(见表2，下文将进一步讨论)：(1)再循环和补充水的蒸发(例如，在热交换器hx1中)产生稀释剂蒸汽，(2)在炉子(例如，进料预热段210’的)的对流段中将进料气体加热到接近反应温度，(3)裂化炉和反应器(例如，热解反应段220的)的加热以供给进料气体的最终温升至反应温度和裂化炉辐射段中的反应热，(4)驱动裂化气体压缩机(例如，裂化气体压缩233的)的能量，和(5)驱动低温分馏(例如，产物分馏段240的低温分馏246)的能量。出于多种其他目的，使用了更少量的能量。正如常见做法那样，对比例1中消耗的电力非常少，主要用于217处的一些较小的泵；一些电力由发电涡轮机在脱甲烷塔中由气体膨胀就地生成，共计仅1.6mw。使用的能量中的一些可通过在冷却产物流时与产物流热交换获得，但其余部分常规地通过烧燃料来生成。在对比例1中，存在两个利用外部能源的位置。第一个是在裂化炉中，其总共消耗60t/hr的天然气，所含化学能(高热值，或hhv)为920mw。其余的能量由辅助锅炉221供给，该锅炉将24.1t/hr含有369mw化学能的天然气转化为高压(hp)蒸汽。如何以最高的效率最有效地将此能量分配给过程中的各个能量消耗者是一个工程问题，这是所有化工设备共同的并需要仔细匹配温度、能量类型和能量含量。一些能量可经由热交换直接传递，而一些被常规地转化为蒸汽，该蒸汽可用于热交换或做机械功，例如驱动压缩机。在对比例1中，采用了典型的策略来匹配热量输入和输出，但其他布置也是可能的，这对于本领域技术人员将是显而易见的。使用燃烧炉来供给过程所需的外部能量输入伴随着一个缺点——来自这些炉子的烟道气或烟气含有由于其低温而无法有效回收的能量。例如，在对比例1的过程中，这种未回收的能量，有时称为烟道损失，共计为174mw。能量也会在若干工艺步骤中损失，例如在水骤冷231中。
[0126]
表2示出了对比例1的过程的能量平衡。如表2中所见，通过在热解反应段220的裂化炉和辅助锅炉221中燃烧天然气供给1289mw的量的化学能；这代表该过程的总净能量输入，但另外310mw是内部传递的，例如在来自裂化管的产物气体的冷却中。759mw或使用的总能量中的约一半的量被传递到蒸汽系统，在那里其主要用于驱动裂化气体压缩233的裂化气体压缩机和为243处的低温制冷供给能量。然而，因为蒸汽形式的能量转化为机械功的低效率，故裂化气体压缩233的裂化气体压缩机中和243处的低温制冷中实际使用的能量的量显著少于以蒸汽施加的能量，如表2中所示。另外，如上所述，174mw或者说所供给的净外部能量中的13.5％作为来自裂化炉和辅助锅炉的烟道损失而损失在烟气中以及损失在各种工艺损失中，例如骤冷系统231中。
[0127]
表3提供了对比例1的过程的相关能量使用统计数据。从表3中的数据可看出，每年的燃料气体总消耗量为673000吨。这种燃料的燃烧导致向大气排放231t/hr的co2或每年185万吨co2。比能耗(使用燃料的高热值计算)为每生产一吨乙烯24.7gj；该能量中的64％在烟道气、水骤冷231和其他工艺步骤以及蒸汽转化为机械功(例如，对于233处的裂化气体压缩和243处的低温制冷)的低效率中损失了。
[0128]
实施例1
[0129]
实施例1为对比例1中描述的蒸汽裂化过程根据本公开的一个实施方案的部分电
气化。在实施例1中，辅助锅炉被移除，并且通过燃烧天然气供给给锅炉的能量被更小量的可再生电力替代。外部能量的这种取代需要对过程的能量整合进行一些重新配置；在实施例1中，最重要的不同在于(1)低温制冷系统和一些泵现在由电动机驱动，(2)蒸发再循环水以制备稀释剂蒸汽所需的能量中的一些由电加热提供，和(3)tle被热交换器系统所替代使得从冷却热的产物气体回收的很多热量被用于预热进料气体。
[0130]
图6中示出了实施例1的该电气化设备iv的关键要素。如在对比例1中，将236t/hr的量的乙烷进料205与乙烷再循环流242中的再循环气体和稀释蒸汽211中的稀释剂蒸汽流合并；通过在预热段210’的热交换器系统hx2中热交换来冷却产物气体而将经合并的进料流215加热到730℃。此热交换可通过多种方法实现，例如一个进料/流出物热交换器、一系列进料/流出物热交换器、或者一个或多于一个进料/流出物热交换器与一个或多于一个使用蒸汽来接收与进料热交换器偶联的热量的产物热交换器一起使用，其中蒸汽的能量被转移至进料流。就本实施例的目的而言，采用了一个进料/流出物热交换器；然而，热交换器系统hx2的具体设计可异，只要其被配置为/用于经由冷却产物气体来提取尽可能多的热量并利用该热能来预热进料气体即可。然后让进料流在燃天然气的热解反应段220的辐射炉中于840℃下裂化；然而，由于目标是产生比常规少的蒸汽，如在对比例1中所产生，故已通过炉子设计和运行的改变来降低热解段220的辐射段的出口温度以减少在进料预热段210’的对流段中必须回收的热量。裂化气体产物流222中的产物气体在如上所述的热交换器系统hx2的进料/流出物热交换器中冷却，并通过在流225中的进料/流出物热交换产物的热交换器hx1中与管线212和226中的再循环和补充水进行的热交换而进一步冷却。然后通过在水骤冷231中骤冷来回收稀释剂水；水管线226中的回收水被返回以作为热解反应段220中的稀释剂使用。经骤冷的裂化气体流232中的产物在裂化气体压缩233中压缩，并且经压缩的裂化气体流234在酸性气体移除/水移除235/237中干燥和移除酸性气体以产生经干燥的裂化气体流238。在实施例1中，与对比例1中描述的常规设备相比，用于再生裂化气干燥器吸收剂材料的热量以电的方式提供。经干燥的裂化气体流238经由低温分馏246和相关的低温制冷243进行产物分馏240，其被操作以分离产物与副产物。与再循环乙烷流242中的再循环乙烷一道，产物和副产物包括乙烯产物流250中187.5t/hr的乙烯、含氢气和甲烷的流244中30t/hr的包含氢气和甲烷的混合物及主要包含丙烯和丁二烯的c
3+
流261中13t/hr的c
3+
产物。
[0131]
除了若干较小的使用者外，在实施例1的部分电气化过程iv中还有五个主要的能量消耗者(见表2)：(1)再循环和补充水的蒸发(例如，在热交换器hx1中)产生稀释剂蒸汽，(2)将进料气体加热到接近反应温度(例如，经由热交换器系统hx2)，(3)裂化反应器(例如，热解反应段220的)的加热以供给最终温升至反应温度和反应热，(4)驱动裂化气体压缩机(例如，裂化气体压缩233的)的动力，和(5)驱动低温分馏(例如，产物分馏段240的低温分馏246)的能量。出于多种其他目的，使用了更少量的能量。该能量中的一些可通过在冷却产物流时与产物流热交换获得，但其余部分必须外部供给。在实施例1中，存在两个利用外部能源的位置。第一个是在热解反应段220的裂化炉中，其总共消耗48t/hr的天然气，所含化学能为737mw。其余的能量由135mw的可再生电力供给。注意，与对比例1相比，实施例1的设备不含辅助锅炉。通过仔细匹配温度、能量类型和能量含量，可最有效地将此能量分配给过程中的各个能量消耗者。一些能量可经由热交换直接传递，而一些热被转化为蒸汽，该蒸汽可
用于热交换或做机械功，例如驱动压缩机；电力可用于加热或做机械功。在实施例1中，采用了逻辑策略来匹配热量输入和输出，但其他布置也是可能的，并旨在在本公开的范围内。在此实施例1中，使用109mw的可再生电力来向低温分馏系统240供给能量。因为该能量可以高效率应用(这里假定为95％)，故该电能可替代对比例1中以蒸汽供给的398mw能量。另外14mw电力被用于为对比例1中217处由蒸汽驱动的若干水泵提供动力，同样以远远更高的效率。还使用可再生电力来供给11.5mw用于再循环和稀释剂水蒸发的所需热量中的一些。同在对比例1中一样，一些能量在水骤冷231中以及其他工艺步骤中损失。然而，根据本公开的实施例1产生了显著更小量的来自燃烧的烟气，使得在此烟气中损失的能量的量(即，烟道损失)成比例地较小，这里仅为99mw。
[0132]
表2示出了实施例1的部分电气化过程的能量平衡。通过天然气的燃烧供给737mw的量的化学能并供给135mw的可再生电力；这代表向该过程的总净能量输入为872mw，或比比对比例1少32％。另外，根据本公开根据实施例1，例如在产物气体的冷却过程中，内部转移297mw。在实施例1中，323mw的量被转移到蒸汽系统，这少于对比例1中所需的量的一半。在实施例1中，该能量中的大部分被用于驱动裂化气体压缩233的裂化气体压缩机。从系统、从烟气、蒸汽和电力使用中的低效率损失的总量及在骤冷系统和其他工艺步骤中的损失比对比例1中少50％。
[0133]
表3提供了根据本公开的实施例1的相关能量使用统计数据。在实施例1中，天然气总消耗量为385000吨每年。这种燃料的燃烧导致向大气排放132t/hr的co2或每年106万吨co2；这代表与对比例1相比45％的减少。每年节省的288000吨天然气可用于其他地方，例如用作甲醇或氨合成过程的进料。比能耗为每生产一吨乙烯16.7gj，比对比例1的过程少32％。所供给的净外部能量中47％的减少的量在烟道气、水骤冷231和其他工艺步骤中及将蒸汽或电力转化为轴功(例如，对于233处的裂化气体压缩和243处的低温制冷)的低效率中损失，与对比例1相比有显著改进。
[0134]
实施例2
[0135]
实施例2为对比例1中描述的蒸汽裂化过程根据本公开的一个实施方案的完全电气化。在实施例2中，对比例1中由燃天然气的辅助锅炉和裂化炉供给的能量被可再生电力替代，其为所有压缩机和泵提供动力，为裂化供给能量，并为再循环和补充水的蒸发提供热量。另外，对比例1的tle被热交换器系统替代，使得从冷却热的产物气体回收的很多热量被用于预热进料气体。这些改变允许消除工艺蒸汽系统并完全避免烟气损失。
[0136]
图7中示出了实施例2的该电气化设备v的关键要素。将236t/hr的量的乙烷进料205与乙烷再循环流242中的再循环气体和稀释蒸汽211中的稀释剂蒸汽合并；通过在热交换器系统hx2中热交换来冷却产物气体而将经合并的进料流215加热到730℃。此热交换可通过多种方法实现，例如每个反应器一个进料/流出物热交换器、一系列进料/流出物热交换器、或者每个反应器一个或多于一个进料/流出物热交换器与一个或多于一个使用蒸汽来接收与进料热交换器偶联的热量的产物热交换器一起使用，其中蒸汽的能量被转移至进料流。就本实施例的目的而言，采用了每个反应器一个进料/流出物热交换器；然而，热交换器系统hx2的具体设计可异，但被配置为经由冷却产物气体来提取尽可能多的热量并将其返回以预热进料气体。进料流然后在由可再生电力加热的热解反应段220的炉子中于840℃下裂化。裂化气体产物流222中的产物气体在如上所述的热交换器系统hx2的进料/流出物
热交换器中冷却，并通过在流225中的进料/流出物热交换产物的热交换器hx1中与管线212和226中的再循环和补充水进行的热交换而进一步冷却。然后通过在水骤冷231中骤冷来回收稀释剂水；水管线226中的回收水被返回以作为热解反应段220中的稀释剂使用。在此实施方案中，如图7中所示，水骤冷231可包括被配置为用电力而不是蒸汽运行的水骤冷塔和水汽提塔。经骤冷的裂化气体流232中的产物在裂化气体压缩233中压缩，并且经压缩的裂化气体流234在酸性气体移除/水移除235/237中干燥和移除酸性气体以产生经干燥的裂化气体流238。在实施例1中，与对比例1中描述的常规设备相比，用于再生裂化气干燥器吸收剂材料的热量以电的方式提供。经干燥的裂化气体流238经由低温分馏246和相关的低温制冷243进行产物分馏240，其被操作以分离产物与副产物。与再循环乙烷流242中的再循环乙烷一道，产物和副产物包括乙烯产物流250中187.5t/hr的乙烯、含氢气和甲烷的流244中30t/hr的包含氢气和甲烷的混合物及主要包含丙烯和丁二烯的c
3+
流261中13t/hr的c
3+
产物。
[0137]
除了若干较小的用户外，在实施例2的电气化过程v中还有五个主要的能量消耗者(见表2)：(1)再循环和补充水的蒸发(例如，在热交换器hx1中)产生稀释剂蒸汽，(2)将进料气体加热到接近反应温度(例如，经由热交换器系统hx2)，(3)裂化反应器的加热以供给最终温升至反应温度和反应热(例如，热解反应段220的电反应器的加热)，(4)驱动裂化气体压缩机(例如，裂化气体压缩233的)的能量，和(5)驱动低温分馏(例如，产物分馏段240的低温分馏246)的能量。出于多种其他目的，使用了较少的量的能量。该能量中的一些可通过在冷却产物流时与产物流热交换获得，但其余部分必须外部供给。在实施例2中，唯一的外部能源为可再生电力。通过仔细匹配温度、能量类型和能量含量，可以最高效率将此能量分配给过程中的各个能量消耗者。一些能量可经由热交换直接传递。与对比例1和实施例1相比，在该实施例2的过程中，没有能量转化为用于热交换或做机械功例如驱动压缩机的蒸汽。在实施例2中，采用了逻辑策略来匹配热量输入和输出，但其他布置也是可能的，并旨在在本公开的范围内。在此实施例2中，使用109mw的可再生电力来向低温分馏系统240供给能量。因为该能量可以高效率应用(这里假定为95％)，故此109mw的电能可替代对比例1中以蒸汽供给的398mw能量。另外10mw电能被用于为对比例1中217处由蒸汽驱动的若干水泵供给能量，同样以远远更高的效率。还使用57mw的可再生电力来供给用于稀释剂水蒸发的所需热量中的一些。同在对比例1中一样，一些能量在水骤冷231中以及其他工艺步骤中损失。然而，根据本公开的实施例2不产生来自燃烧的烟气，从而完全消除了这作为能量损失或co2排放的来源。
[0138]
表2示出了实施例2的完全电气化过程v的能量平衡。向该过程供给603mw的量的可再生电力；这代表向该过程的总净能量输入比对比例1少大约53％。另外，在冷却根据本公开电气化的实施例2的过程v的产物气体的过程中，内部转移270mw。与对比例1中不同，实施例2中除了用作进料中的稀释剂的蒸汽外没有蒸汽系统。从系统、从电力使用中的低效率损失的总量及在骤冷系统和其他工艺步骤中的损失比对比例1中少82％。
[0139]
表3提供了根据本公开的实施例2的相关能量使用统计数据。在实施例2中，无天然气消耗且无co2产生。每年节省的673000吨天然气可用于其他地方，例如用作甲醇或氨合成过程的进料。比能耗为每生产一吨乙烯11.6gj，比对比例1的过程少53％。所供给的净外部能量中仅24％在水骤冷231和其他工艺步骤中以及将电力转化为轴功(例如，对于233处的
裂化气体压缩和243处的低温制冷)的低效率中损失，与对比例1相比有显著改进。
[0140]
实施例3
[0141]
实施例3为对比例1中描述的蒸汽裂化过程根据本公开的一个实施方案的完全电气化。在此实施例中，与实施例1相比，在线换热器223被保留并且其捕获的能量被转化为蒸汽并用于各种目的，而过程的其他部分，包括进料预热、热解反应段220的热解反应器和233处的裂化气体压缩机，被电气化。
[0142]
图8中示出了该电气化设备vi的关键要素。将236公吨/小时(t/hr)的乙烷进料205进料到该过程并在进料预处理段210的混合器中与乙烷再循环流242中的再循环乙烷和稀释蒸汽211中的稀释剂蒸汽合并；在预热段210’的电预热器中将经合并的进料流215加热到650℃，随后在由可再生电力加热的热解反应段220的炉子中加热到840℃的反应温度。该反应段220还为乙烷裂化供给反应热，乙烷裂化是吸热的。在裂化气体产物流222中离开的工艺气体在在线换热器(tle)223中冷却至400℃并通过在热交换器hx1中交换经tle骤冷的裂化气体流225中的产物而进一步冷却，所述热交换器hx1蒸发管线212和226中的再循环和补充水。然后通过在水骤冷231中骤冷来回收稀释剂水；水管线226中的回收水被返回以作为热解反应段220中的稀释剂使用。经骤冷的裂化气体流232中的产物在裂化气体压缩233中压缩，并且经压缩的裂化气体流234在酸性气体移除/水移除235/237中干燥以产生经干燥的裂化气体流238。经干燥的裂化气体流238经由低温分馏246和相关的低温制冷243进行产物分馏240，其被操作以分离产物与副产物。与再循环乙烷流242中的再循环乙烷一道，产物和副产物包括乙烯产物流250中187.5t/hr的乙烯、含氢气和甲烷的流244中30t/hr的包含氢气和甲烷的混合物及主要包含丙烯和丁二烯的c
3+
流261中13t/hr的c
3+
产物。
[0143]
除了若干较小的使用者外，在实施例3的电气化过程vi中还有六个主要的能量消耗者(见表2)：(1)再循环和补充水的蒸发(例如，在热交换器hx1中)产生蒸汽，(2)将进料气体加热到接近反应温度(例如，经由预热段210’的电预热器)，(3)裂化反应器的加热以供给最终温升至反应温度和反应热(例如，热解反应段220的电反应器的加热)，(4)驱动裂化气体压缩机(例如，裂化气体压缩233的)的动力，(5)驱动低温分馏(例如，产物分馏段240的低温分馏246)的能量，和(6)电过热器227中蒸汽的过热。出于多种其他目的，使用了更少量的能量。该能量中的一些可通过在冷却产物流时与产物流热交换获得，但其余部分必须外部供给。在实施例3中，唯一的外部能源为可再生电力。通过仔细匹配温度、能量类型和能量含量，可以最高效率将此能量分配给过程中的各个能量消耗者。一些能量可经由热交换直接传递。在实施例3中，采用了逻辑策略来匹配热量输入和输出，但其他布置也是可能的，并旨在在本公开的范围内。在此实施例3中，使用69mw的可再生电力来向裂化气体压缩段233供给能量。因为该能量可以高效率应用(这里假定为95％)，故此69mw的电能可替代对比例1中以蒸汽供给的252mw能量。另外14mw电能被用于为对比例1中217处由蒸汽驱动的若干水泵供给能量，同样以远远更高的效率。使用355mw的量的可再生电力来供给电预热段210’中预热进料以及锅炉给水所需的热量。使用392mw的量的可再生电力来供给将进料加热到反应温度所需的热量以及热解反应器段220的电反应器中的反应热。使用91mw的量的可再生电力来供给用于在电过热器227中使高压蒸汽过热的热量。同在对比例1中一样，一些能量在水骤冷231中以及其他工艺步骤中损失。然而，根据本公开的实施例3不产生来自燃烧的烟气，从而消除了这作为能量损失或co2排放的来源。
[0144]
表2示出了实施例3的完全电气化过程vi的能量平衡。向该过程供给921mw的量的可再生电力；这代表向该过程的总净能量输入比对比例1少29％。另外，根据本公开根据实施例3，内部转移了310mw的热能，主要来自产物气体的冷却。在实施例3中向蒸汽系统供给的总能量共计为440mw，这比对比例1中所需的量少42％。在实施例3中，该蒸汽能量中的大部分被用于驱动低温制冷段243的压缩机。由于电力使用中的低效率、使用蒸汽做轴功中的低效率、骤冷系统和其他工艺步骤中的损失，从实施例3中描述的过程的总损失比对比例1中少44％。
[0145]
表3提供了根据本公开的实施例3的相关能量使用统计数据。在实施例3中，无天然气消耗且无co2产生。每年节省的673000吨天然气可用于其他地方，例如用作甲醇合成过程的进料。比能耗为每生产一吨乙烯17.7gj，比对比例1的过程少28％。在实施例3中，所供给的净外部能量中的50％在水骤冷231和其他工艺步骤中以及将蒸汽或电力转化为轴功(例如，对于243处的低温制冷)的低效率中损失，与对比例1相比有显著改进。
[0146]
实施例1、2和3的比较显示了在考虑电气化时出现的一些权衡。取决于现有设备的具体配置，实施某些改良可能会更容易或更难，从而有利于某些类型的电气化而不是其他类型。本领域技术人员可根据本公开的教导来确定所选择的改良的最佳组合，并且这样的组合在本公开的范围内。
[0147]
实施例1、2和3的能量使用统计数据的比较也显示了在为部分电气化选择改良时的权衡。实施例1和2的能量效率高于实施例3的，并且使用的能量的总量较低。然而，实施例1中的天然气消耗量和co2排放高于实施例3中。这是如何使用添加的可再生能量的结果；在实施例1中，电力主要用于做机械功，这代表了效率收益，而在实施例3中，一些电力被用于替代供给给裂化炉的燃料，这降低了燃料消耗和co2排放。哪种选择更优选将取决于正在改良或设计的设备的需求和限制。在部分电气化中，本领域技术人员可根据本公开的教导来确定改良的最佳组合，并且这样的组合在本公开的范围内。
[0148]
实施例4
[0149]
在一个实施方案中，如图9中所描绘，过程vii包括加到实施例2中描述的过程v的气体分离单元260。气体分离单元260可包括变压吸附(psa)单元。气体分离单元260被配置为纯化含氢气和甲烷的流244。按照上文描述的实施例2，流244具有30.1t/hr的流速并包含48重量％(88摩尔％)的氢气和52重量％(12摩尔％)的甲烷。气体分离单元260(例如，psa气体分离单元260)消耗3mw的电力，并产生两个产物流：主要由纯甲烷组成的甲烷流247和主要由纯氢气组成的氢气流248。经由该过程vii，可将psa 260中产生的14.3t/hr的量的经纯化氢气进料到燃料电池270，在那里氢气被转化为水流249中的水和电力e，电效率为45％，从而连续产生253mw的电力。使用净电力(250mw)来供给过程所需的603mw电力中的41％(如上文针对实施例2的过程v所述；见表2。)
[0150]
实施例5
[0151]
在实施方案中，如实施例4中所述的过程vii还包括氢气压缩和储存装置280，该装置包括至少一个压缩机和储存容器，并被配置为压缩和储存所产生的14.3t/hr的经纯化氢气(其可经由管线248a引入其中)以供在可再生电力的可得性较低或其更昂贵时使用。需要时，可将经压缩和储存的氢气(例如，经由管线248b)与过程vii当时产生的氢气(例如，管线248中的氢气)合并，并可使用燃料电池270将两者转化为电力。何时使用储存的氢气来产生
电力可由本领域技术人员根据多种因素决定。作为一种可能性，如果每天有一定的可再生电力可用，则可在十二小时的时间段内收集和储存172吨氢气。当在接下来的十二小时内释放并与过程仍在产生的14.3t/hr氢气合并时，这将产生在十二小时内连续可用的大约503mw的电力。这可供给过程的运行所需的603mw电力中的80％。
[0152]
[0153]
[0154][0155][0156]
虽然已示出和描述了各种实施方案，但本领域技术人员可在不脱离本公开的精神和教导的情况下对其进行修改。本文描述的实施方案仅是示例性的，而非旨在限制。本文公开的主题的许多变化和修改是可能的并且是在本公开的范围内的。在明确述及数值范围或限制的情况下，这样的明确范围或限制应理解为包括落入所明确述及的范围或限制内的类似量级的迭代范围或限制(例如，约1至约10包括2、3、4等；大于0.10包括0.11、0.12、0.13等)。例如，任何时候在公开具有下限r
l
和上限ru的数值范围时，具体公开了落入该范围内的任何数字。特别地，具体公开了该范围内的以下数字：r＝r
l
+k*(r
u-r
l
)，其中k为1％至100％的范围内的变量，增量为1％，即k为1％、2％、3％、4％、5％、
……
、50％、51％、52％、
……
、95％、96％、97％、98％、99％或100％。而且，还具体公开了由如上定义的两个r数字定义的任何数值范围。关于权利要求的任何要素使用的术语“任选地”旨在表示该主题要素是必需的，或者替代地，不是必需的。两种替代方案都旨在在权利要求的范围内。更广义的术语如包含、包括、具有等的使用应理解为为较狭义的术语如由
……
组成、基本上由
……
组成、基本上包含等提供支持。
[0157]
因此，保护范围不受上面阐述的描述的限制，而仅受附随的权利要求书的限制，该范围包括权利要求书的主题的所有等同物。每一项权利要求均作为本公开的实施方案并入说明书中。因此，权利要求是进一步的描述并且是对本公开的实施方案的补充。对参考文献的讨论并不是承认它是本公开的现有技术，尤其是出版日期可能在本技术的优先权日期之后的任何参考文献。本文引用的所有专利、专利申请和出版物的公开内容在此通过引用并
入至它们提供补充本文阐述的内容的示例性、程序性或其他细节的程度。
[0158]
附加公开部分i
[0159]
上面公开的特定实施方案仅是示意性的，因为本公开可以不同但等效的方式修改和实践，这对于受益于本文教导的本领域技术人员将是显而易见的。此外，除了如在下面的权利要求书中所述外，不旨在限制本文所示构造或设计的细节。因此很明显，上面公开的特定示意性实施方案可被改变或修改并且所有这样的变化都被认为在本公开的范围和精神内。由于组合、整合和/或省略实施方案的特征而产生的替代实施方案也在本公开的范围内。虽然以“具有”、“包含”、“含有”或“包括”各种组分或步骤的更广义术语描述了组合物和方法，但组合物和方法也可“基本上由”或“由”各种组分和步骤组成。关于权利要求的任何要素使用的术语“任选地”意思是该要素是必需的，或者替代地，该要素不是必需的，这两种选择都在权利要求的范围内。
[0160]
上文公开的数字和范围可有一定量的变化。任何时候在公开具有下限和上限的数值范围时，具体公开了落入该范围内的任何数字和任何包括的范围。特别地，本文公开的值的每一个范围(形式为“约a至约b”，或等价地“大约a至b”，或等价地“大约a-b”)应理解为阐述值的更广义范围内涵盖的每一个数字和范围。另外，除非专利权人另有明确、清晰地定义，否则权利要求书中的术语具有其普通的平常含义。此外，如在权利要求书中所用，术语前无冠词在本文中定义为指其引入的一个或不止一个要素。如果本说明书中的词语或术语与一个或多于一个专利或其他文献的用法有任何冲突，应采用与本说明书一致的定义。
[0161]
本文公开的实施方案包括：
[0162]
a：一种用于生产轻烯烃的烯烃合成设备，所述烯烃合成设备包括：进料预处理段，其被配置为预处理进料流；热解段，其包括一个或多于一个热解反应器，所述热解反应器被配置为在稀释剂的存在下裂化进料流中的烃以产生裂化气体流；初分馏和压缩段，其被配置为提供从裂化气体流的热回收和裂化气体流的骤冷；从裂化气体流移除燃料油、硫化氢、二氧化碳、水、裂解汽油或其组合；和压缩裂化气体流，从而提供经压缩的裂化气体流；和/或产物分离段，其被配置为从经压缩的裂化气体流分离产物烯烃流，其中所述烯烃合成设备被配置为使得相对于常规的烯烃合成设备而言，本发明的烯烃合成设备、进料预处理段、热解段、初分馏和压缩段、产物分离段或其组合所需的能量和/或净能量中更多由基于非碳的能源、可再生能源和/或电力提供。
[0163]
b：一种用于生产轻烯烃的烯烃合成设备，所述烯烃合成设备包括：进料预处理段，其被配置为预处理进料流；热解段，其包括一个或多于一个热解反应器，所述热解反应器被配置为在稀释剂的存在下裂化进料流中的烃以产生裂化气体流；初分馏和压缩段，其被配置为提供从裂化气体流的热回收和裂化气体流的骤冷；从裂化气体流移除燃料油、硫化氢、二氧化碳、水、裂解汽油或其组合；和压缩裂化气体流，从而提供经压缩的裂化气体流；和/或产物分离段，其被配置为从经压缩的裂化气体流分离产物烯烃流，其中所述烯烃合成设备被配置为使得所述烯烃合成设备、进料预处理段、热解段、初分馏段、产物分离段或其组合所需的过程能量和/或净过程能量中的大部分由电力提供。
[0164]
c：本文描述的用于执行如本公开中所述的任何实施方案中的方法的装置。
[0165]
实施方案a、b和c中的每一个可具有以下附加要素中的一个或多于一个：要素1：其中所述基于非碳的能源包括电力。要素2：其中所述电力由可再生能源产生，和/或其中所述
可再生能源包括风能、太阳能、地热能、水电能、核能、潮汐能、波浪能或其组合。要素3：其中在所述一个或多于一个热解反应器内获得预定的裂化温度而无需燃烧燃料、基于碳的燃料和/或化石燃料。要素4：其中在烯烃合成设备内不燃烧燃料、基于碳的燃料或化石燃料。要素5：其中每生产一吨乙烯所产生的co2的量减少至小于1.2吨co2每吨乙烯。要素6：其中根据净能量输入计算的比能耗小于17gj/吨。要素7：其中消耗的电力的量大于或等于50mw。要素8：其中所述一个或多于一个热解反应器经由电阻加热和/或感应加热被加热到预定的裂化温度。要素9：其中所述一个或多于一个热解反应器经由辐射段被加热到预定的裂化温度，在所述辐射段中使用以电的方式生成的热来加热辐射板，所述辐射板通过辐射向所述一个或多于一个热解反应器传热。要素10：其中所述稀释剂包括蒸汽。要素11：其中：除了产生用作所述一个或多于一个热解反应器中的稀释剂和/或用以促进与裂化气体流的热传递的蒸汽之外，不产生用作主要的能量传递介质的蒸汽。要素12：其中：在所述一个或多于一个热解反应器、设备的一个或多于一个、大部分或全部蒸汽涡轮机或其组合中用作稀释剂的蒸汽中的大部分、一些或全部以电的方式产生。要素13：其中所述初分馏和压缩段、所述产物分离段或两者包括一个或多于一个压缩机，并且其中所述一个或多于一个压缩机中的至少一半或大部分被配置为非燃气驱动或非蒸汽驱动运行。要素14：其中所述初分馏和压缩段、所述产物分离段或两者包括一个或多于一个压缩机，并且其中所述一个或多于一个压缩机中的至少一个被配置为经由电动机驱动和燃气驱动运行两者或电动机驱动和蒸汽驱动运行两者来双功能地运行。要素15：其中所述初分馏和压缩段、所述产物分离段或两者包括一个或多于一个压缩机，并还包括用于所述初分馏和压缩段、所述产物分离段或两者的一个或多于一个压缩步骤的双驱动压缩机，使得压缩步骤可在当双驱动中的第二个离线时经由双驱动中的第一个实现，反之亦然，其中所述双驱动中的第一个是电动机驱动的，而所述双驱动中的第二个是蒸汽驱动的或燃烧驱动的。要素16：其中设备的被配置允许在可再生电力可得时经由可再生电力运行一个或多于一个压缩机并在可再生电力不可得时经由燃烧产生的蒸汽或气体燃烧来运行。要素17：其中所述可再生电力由风能、太阳能、地热能、水电能、核能、潮汐能、波浪能或其组合提供。要素18：其中所述初分馏和压缩段、所述产物分离段或两者包括一个或多于一个蒸馏塔和相关的重沸器，并且其中用于一个或多于一个蒸馏塔的能量中的至少一部分以电的方式供给和/或移除。要素19：还包括以压缩氢气、压缩的进料烃、压缩的产物烃、低温液体、热电池、电池组或其组合的形式存在的储存能量，使得在可再生电力不可得时能够采用来自所述压缩氢气、压缩的进料烃、压缩的产物烃、低温液体、热电池、电池组或其组合的储存能量。要素20：包括：(a)在高压下用于压缩乙烷或lpg进料的储存设施，其中经储存的压缩乙烷或lpg进料能够在稍后膨胀以生成电力并随后用作进料；(b)在低温下用于压缩乙烷或丙烷进料的储存设施，其中经储存的压缩乙烷或lpg进料能够稍后用作制冷剂并随后用作进料；或(c)其组合。要素21：还包括电力生产装置，其被配置为从烯烃合成设备内的压力或热量产生电力。要素22：其中所述电力生产装置包括膨胀器、热电设备或其组合。要素23：其中所述一个或多于一个热解反应器被配置为裂化包含石脑油、乙烷、丙烷、丁烷、lpg、冷凝物、瓦斯油、未转化的水性蜡(加氢裂化器塔底物)、费-托蜡、加氢处理的原油和原油衍生物、来自回收塑料的热解油、生物油、生物柴油、生物石脑油或其组合的气态或液态烃进料。要素24：被配置为使得在烯烃合成设备内不使用蒸汽来做机械功。要素25：被配置为不产生燃烧烟气。要素26：还包括一个或多于一个燃料电池，其
可操作以从烯烃合成设备内产生的氢气生成电力。要素27：被配置为将烯烃合成设备内产生的氢气输出到氨合成设备和/或经由与氮气的反应将烯烃合成设备内产生的氢气转化为氨。要素28：被配置为将烯烃合成设备内产生的甲烷输出到甲醇合成设备和/或将烯烃合成设备内产生的甲烷转化为甲醇。
[0166]
附加公开部分ii
[0167]
以下为根据本公开的非限制性具体实施方案：
[0168]
第一个实施方案，其为一种用于生产轻烯烃的烯烃合成设备，所述烯烃合成设备包括：进料预处理段，其被配置为预处理进料流；热解段，其包括一个或多于一个热解反应器，所述热解反应器被配置为在稀释剂的存在下裂化进料流中的烃以产生裂化气体流；初分馏和压缩段，其被配置为提供从裂化气体流的热回收和裂化气体流的骤冷；从裂化气体流移除燃料油、硫化氢、二氧化碳、水、裂解汽油或其组合；和压缩裂化气体流，从而提供经压缩的裂化气体流；和/或产物分离段，其被配置为从经压缩的裂化气体流分离产物烯烃流，其中所述烯烃合成设备被配置为使得相对于常规的烯烃合成设备而言，本发明的烯烃合成设备、进料预处理段、热解段、初分馏和压缩段、产物分离段或其组合所需的能量和/或净能量中更多由基于非碳的能源、可再生能源和/或电力提供。
[0169]
第二个实施方案，其为第一个实施方案的烯烃合成设备，其中所述基于非碳的能源包括电力。
[0170]
第三个实施方案，其为一种用于生产轻烯烃的烯烃合成设备，所述烯烃合成设备包括：进料预处理段，其被配置为预处理进料流；热解段，其包括一个或多于一个热解反应器，所述热解反应器被配置为在稀释剂的存在下裂化进料流中的烃以产生裂化气体流；初分馏和压缩段，其被配置为提供从裂化气体流的热回收和裂化气体流的骤冷；从裂化气体流移除燃料油、硫化氢、二氧化碳、水、裂解汽油或其组合；和压缩裂化气体流，从而提供经压缩的裂化气体流；和/或产物分离段，其被配置为从经压缩的裂化气体流分离产物烯烃流，其中所述烯烃合成设备被配置为使得所述烯烃合成设备、进料预处理段、热解段、初分馏段、产物分离段或其组合所需的过程能量和/或净过程能量中的大部分由电力提供。
[0171]
第四个实施方案，其为第二或第三个实施方案的烯烃合成设备，其中所述电力由可再生能源产生，和/或其中所述可再生能源包括风能、太阳能、地热能、水电能、核能、潮汐能、波浪能或其组合。
[0172]
第五个实施方案，其为第一、第二或第三个实施方案的烯烃合成设备，其中在所述一个或多于一个热解反应器内获得预定的裂化温度而无需燃烧燃料、基于碳的燃料和/或化石燃料。
[0173]
第六个实施方案，其为第一、第二或第三个实施方案的烯烃合成设备，其中在所述烯烃合成设备内不燃烧燃料、基于碳的燃料或化石燃料。
[0174]
第七个实施方案，其为第一、第二或第三个实施方案的烯烃合成设备，其中每生产一吨乙烯所产生的co2的量减少至小于1.2吨co2每吨乙烯。
[0175]
第八个实施方案，其为第一、第二或第三个实施方案的烯烃合成设备，其中根据净能量输入计算的比能耗小于17gj/吨。
[0176]
第九个实施方案，其为第一、第二或第三个实施方案的烯烃合成设备，其中消耗的电力的量大于或等于50mw。
[0177]
第十个实施方案，其为第一、第二或第三个实施方案的烯烃合成设备，其中所述一个或多于一个热解反应器经由电阻加热和/或感应加热被加热到预定的裂化温度。
[0178]
第十一个实施方案，其为第一、第二或第三个实施方案的烯烃合成设备，其中所述一个或多于一个热解反应器经由辐射段被加热到预定的裂化温度，在所述辐射段中使用以电的方式生成的热来加热辐射板，所述辐射板通过辐射向所述一个或多于一个热解反应器传热。
[0179]
第十二个实施方案，其为第一、第二或第三个实施方案的烯烃合成设备，其中所述稀释剂包括蒸汽。
[0180]
第十三个实施方案，其为第十二个实施方案的烯烃合成设备，其中除了产生用作所述一个或多于一个热解反应器中的稀释剂和/或用以促进与裂化气体流的热传递的蒸汽之外，不产生蒸汽用作主要的能量传递介质的蒸汽。
[0181]
第十四个实施方案，其为第十二个实施方案的烯烃合成设备，其中在所述一个或多于一个热解反应器、设备的一个或多于一个、大部分或全部蒸汽涡轮机或其组合中用作稀释剂的蒸汽中的大部分、一些或全部以电的方式产生。
[0182]
第十五个实施方案，其为第一、第二或第三个实施方案的烯烃合成设备，其中所述初分馏和压缩段、所述产物分离段或两者包括一个或多于一个压缩机，并且其中所述一个或多于一个压缩机中的至少一半或大部分被配置为非燃气驱动或非蒸汽驱动运行。
[0183]
第十六个实施方案，其为第一、第二或第三个实施方案的烯烃合成设备，其中所述初分馏和压缩段、所述产物分离段或两者包括一个或多于一个压缩机，并且其中所述一个或多于一个压缩机中的至少一个被配置为经由电动机驱动和燃气驱动运行两者或电动机驱动和蒸汽驱动运行两者来双功能地运行。
[0184]
第十七个实施方案，其为第一、第二或第三个实施方案的烯烃合成设备，其中所述初分馏和压缩段、所述产物分离段或两者包括一个或多于一个压缩机，并还包括用于所述初分馏和压缩段、所述产物分离段或两者的一个或多于一个压缩步骤的双驱动压缩机，使得压缩步骤可在当双驱动中的第二个离线时经由双驱动中的第一个实现，反之亦然，其中所述双驱动中的第一个是电动机驱动的，而所述双驱动中的第二个是蒸汽驱动的或燃烧驱动的。
[0185]
第十八个实施方案，其为第十五、第十六或第十七个实施方案的烯烃合成设备，其中所述设备的被配置允许在可再生电力可得时经由可再生电力运行一个或多于一个压缩机并在可再生电力不可得时经由燃烧产生的蒸汽或气体燃烧来运行。
[0186]
第十九个实施方案，其为第十五至第十八个实施方案中的任一项的烯烃合成设备，其中所述可再生电力由风能、太阳能、地热能、水电能、核能、潮汐能、波浪能或其组合提供。
[0187]
第二十个实施方案，其为第一、第二或第三个实施方案的烯烃合成设备，其中所述初分馏和压缩段、所述产物分离段或两者包括一个或多于一个蒸馏塔和相关的重沸器，并且其中用于一个或多于一个蒸馏塔的能量中的至少一部分以电的方式供给和/或移除。
[0188]
第二十一个实施方案，其为第一、第二或第三个实施方案的烯烃合成设备，所述烯烃合成设备还包括呈压缩氢气、压缩的进料烃、压缩的产物烃、低温液体、热电池、电池组或其组合的形式存在的储存能量，使得在可再生电力不可得时能够采用来自所述压缩氢气、
压缩的进料烃、压缩的产物烃、低温液体、热电池、电池组或其组合的储存能量。
[0189]
第二十二个实施方案，其为第二十一个实施方案的烯烃合成设备，所述烯烃合成设备包括：(a)在高压下用于压缩乙烷或lpg进料的储存设施，其中经储存的压缩乙烷或lpg进料能够在稍后膨胀以生成电力并随后用作进料；(b)在低温下用于压缩乙烷或丙烷进料的储存设施，其中经储存的压缩乙烷或lpg进料能够稍后用作制冷剂并随后用作进料；或(c)其组合。
[0190]
第二十三个实施方案，其为第一、第二或第三个实施方案的烯烃合成设备，所述烯烃合成设备还包括电力生产装置，所述电力生产装置被配置为从烯烃合成设备内的压力或热量产生电力。
[0191]
第二十四个实施方案，其为第二十三个实施方案的烯烃合成设备，其中所述电力生产装置包括膨胀器、热电设备或其组合。
[0192]
第二十五个实施方案，其为第一、第二或第三个实施方案的烯烃合成设备，其中所述一个或多于一个热解反应器被配置为裂化包含石脑油、乙烷、丙烷、丁烷、lpg、冷凝物、瓦斯油、未转化的水性蜡(加氢裂化器塔底物)、费-托蜡、加氢处理的原油和原油衍生物、来自回收塑料的热解油、生物油、生物柴油、生物石脑油或其组合的气态或液态烃进料。
[0193]
第二十六个实施方案，其为第一、第二或第三个实施方案的烯烃合成设备，所述烯烃合成设备被配置为使得在所述烯烃合成设备内不使用蒸汽来做机械功。
[0194]
第二十七个实施方案，其为第一、第二或第三个实施方案的烯烃合成设备，所述烯烃合成设备被配置为不产生燃烧烟气。
[0195]
第二十八个实施方案，其为第一、第二或第三个实施方案的烯烃合成设备，所述烯烃合成设备还包括一个或多于一个燃料电池，所述燃料电池可操作以从烯烃合成设备内产生的氢气生成电力。
[0196]
第二十九个实施方案，其为第一、第二或第三个实施方案的烯烃合成设备，所述烯烃合成设备被配置为将烯烃合成设备内产生的氢气输出到氨合成设备和/或经由与氮气的反应将烯烃合成设备内产生的氢气转化为氨。
[0197]
第三十个实施方案，其为第一、第二或第三个实施方案的烯烃合成设备，所述烯烃合成设备被配置为将烯烃合成设备内产生的甲烷输出到甲醇合成设备和/或将烯烃合成设备内产生的甲烷转化为甲醇。
[0198]
第三十一个实施方案，其为本文描述的用于执行如本公开中所述的任何实施方案中的方法的装置。
[0199]
附加公开部分iii
[0200]
以下为根据本公开的非限制性具体实施方案：
[0201]
本文公开的实施方案包括：
[0202]
a：一种生产烯烃的方法，所述方法包括：(a)裂化包含烃的进料流以产生包含烯烃的裂化气体，其中裂化所述进料流包括将所述进料流的温度升高至裂化温度；(b)从包含烯烃的裂化气体回收热量；(c)压缩裂化气体以提供经压缩的裂化气体；(d)从经压缩的裂化气体移除酸性气体；(e)干燥酸性气体减少的裂化气体以产生经干燥的裂化气体；(f)冷却所述经干燥的裂化气体以提供经冷却的裂化气体；(g)从所述经冷却的裂化气体分离一种或多于一种烯烃；或(h)其组合，其中，相对于经由蒸汽裂化生产烯烃的常规方法，(a)、(b)、
(c)、(d)、(e)、(f)、(g)或(h)所需的能量和/或净能量中更多由基于非碳的能源、可再生能源和/或电力提供。
[0203]
b：一种生产烯烃的方法，所述方法包括：(a)裂化包含烃的进料流以产生包含烯烃的裂化气体，其中裂化所述进料流包括将所述进料流的温度升高至裂化温度；(b)从所述裂化气体回收热量；(c)压缩裂化气体以提供经压缩的裂化气体；(d)从经压缩的裂化气体移除酸性气体；(e)干燥酸性气体减少的裂化气体以产生经干燥的裂化气体；(f)冷却所述裂化气体以提供经冷却的裂化气体；(g)从所述经冷却的裂化气体分离一种或多于一种烯烃；或(h)其组合，其中，(a)、(b)、(c)、(d)、(e)、(f)、(g)或(h)所需的能量和/或净能量中的大部分由电力提供。
[0204]
实施方案a和b中的每一个可具有以下附加要素中的一个或多于一个：要素1：其中所述基于非碳的能源包括电力。要素2：其中所述电力由可再生能源产生，和/或其中所述可再生能源包括风能、太阳能、地热能、水电能、核能、潮汐能、波浪能或其组合。要素3：其中将所述进料流的温度升高至裂化温度在不燃烧燃料、基于碳的燃料和/或化石燃料的情况下实现。要素4：其中不采用燃料、基于碳的燃料和/或化石燃料的燃烧来加热。要素5：其中基于非碳的能源包括间歇性能源(ies)或经由间歇性能源(ies)产生电力，并且在ies可得时其中步骤(a)至(h)中的任一个或其组合在不燃烧燃料、基于碳的燃料和/或化石燃料的情况下实现，而在ies不可得时经由来自ies的能量的储存供给和/或通过燃烧燃料、基于碳的燃料和/或化石燃料来实现。要素6：其中(a)在一个或多于一个热解反应器中进行，所述热解反应器经由电加热被加热到期望的裂化温度。要素7：其中所述电加热包括电阻加热和/或感应加热。要素8：其中，(b)从裂化气体回收热量包括产生蒸汽，并且其中，除了在(b)中产生蒸汽外，不采用蒸汽作为主要的能量传递介质。要素9：其中：(i)不产生蒸汽；(ii)除了在(a)中作为稀释剂外，不产生和采用蒸汽；或(iii)(b)从裂化气体回收热量包括产生蒸汽，所述蒸汽仅用于预热进料流。要素10：其中(a)包括在辐射段中通过以电的方式加热进料流来将进料流的温度升高至裂化温度；向裂化反应器中注入蒸汽或过热蒸汽，其中所述蒸汽或过热蒸汽以电的方式产生；通过阻抗加热进料流；通过感应加热；经由热泵加热；通过经过以电阻方式加热的元件上方来加热进料流；通过使热的惰性气体或其他热介质经过裂化反应器的管子上方来加热，其中所述热的气体或经加热的介质以电的方式加热；用包含电加热元件的热交换器加热进料流；经由电阻加热来加热进料流；通过欧姆加热、等离子体、电弧、rf、ir、uv、微波或其组合来直接加热进料流；由热电设备加热进料流；经由电驱动机械措施加热进料流；或其组合。要素11：其中(b)从裂化气体回收热量不包括蒸汽的产生。要素12：其中(b)从裂化气体回收热量包括：裂化气体与进料流之间的直接热交换；裂化气体与进料流之间经由在一个或多于一个温度下的一个或多于一个热交换的间接热交换，其中传热流体仅用于将热量从裂化气体移向进料流；经由与用于生成电力的热电设备偶联的裂化气体冷却器提取热量；或其组合。要素13：其中(b)包括采用冷流体，并且：其中采用在水骤冷期间引入到冷流体中的热量来将进料流加热至裂化温度；其中所述冷流体与用于生成电力的热电设备偶联；其中采用吸收式冷水机来冷却冷流体，使得裂化气体以电的方式被冷却至低于常规温度；其中所述冷流体与热泵偶联；其中采用热电设备来改变冷流体的温度；其中采用电加热器来改变冷流体的温度；或其组合。要素14：其中采用电加热器来加热工艺水汽提塔重沸器；其中采用电极锅炉来蒸发再循环的工艺水以在(a)产生用作稀释
剂的蒸汽；其中采用电加热器来产生蒸汽或过热蒸汽；或其组合。要素15：其中(c)压缩裂化气体以提供经压缩的裂化气体在多阶段一级裂化气体压缩的至少一个压缩阶段中包括用电动机而不是蒸汽涡轮机驱动的压缩机；用电驱动压缩机压缩；相对于常规方法增大或减小经压缩的裂化气体的压力；采用整合到至少一个压缩阶段上游的一个或多于一个气/液分离器中的热电设备；或其组合。要素16：其中(d)从经压缩的裂化气体移除酸性气体包括胺系统，其中用电加热器加热汽提塔。要素17：其中(e)干燥酸性气体减少的裂化气体以产生经干燥的裂化气体包括使酸性气体减少的裂化气体与固体水分吸附剂接触，并用以下方式定期再生所述固体水分吸附剂：用电力加热的干燥气体；以电的方式加热用于干燥的干燥器容器；采用闭环系统来干燥和从再生气体冷凝水；或其组合。要素18：其中(f)包括通过以低温方式冷却经干燥的裂化气体以提供经冷却的裂化气体，做法是：经由一个或多于一个制冷压缩机冷却，其中所述制冷压缩机中的大部分或全部是电气化的；采用比常规更大数量的制冷压缩机和/或压缩阶段，并定制所述一个或多于一个制冷压缩机和/或压缩阶段中的每一个；采用非常规的工作流体(例如，氮气或二氧化碳)；以电力回收常规地在一个或多于一个压降步骤损失的能量；采用直接电冷却(例如，热电设备)而不是常规的制冷；或其组合。要素19：其中所述方法产生主要包含甲烷和氢气的流，并且其中所述方法还包括：将所述主要包含甲烷和氢气的流的至少一部分引入到用于生产甲醇或氨的过程中；或(i)从所述主要包含甲烷和氢气的流分离氢气，其中(i)从所述主要包含甲烷和氢气的流分离氢气包括：任选地经由电气化的压缩机压缩所述主要包含甲烷和氢气的流以提供经压缩的包含甲烷和氢气的流，并将所述经压缩的包含甲烷和氢气的流分离成包含甲烷的流和包含氢气的流；和在ies源可得时(例如，在白天)储存包含氢气的流，而在ies源不可得时(例如，在夜间)采用燃料电池来从所述储存的包含氢气的流发电；和/或输出所述包含氢气的流(例如，到氨设备或甲醇设备)。要素20：其中(a)所需的能量仅由与裂化气体热交换和电力获得。要素21：其中在(a)中采用的稀释剂蒸汽以电的方式生成和加热。要素22：其中(a)所需的能量中的一些通过使稀释剂流过热至(a)的温度以上以提供过热的稀释剂流并将所述过热的稀释剂流与进料流合并来获得。要素23：其中使用电加热来对(a)中采用的一个或多于一个裂化反应器施加温度分布。
[0205]
附加公开部分iv
[0206]
以下为根据本公开的非限制性具体实施方案：
[0207]
第一个实施方案，其为一种生产烯烃的方法，所述方法包括：(a)裂化包含烃的进料流以产生包含烯烃的裂化气体，其中裂化所述进料流包括将所述进料流的温度升高至裂化温度；(b)从包含烯烃的裂化气体回收热量；(c)压缩裂化气体以提供经压缩的裂化气体；(d)从经压缩的裂化气体移除酸性气体；(e)干燥酸性气体减少的裂化气体以产生经干燥的裂化气体；(f)冷却所述经干燥的裂化气体以提供经冷却的裂化气体；(g)从所述经冷却的裂化气体分离一种或多于一种烯烃；或(h)其组合，其中，相对于经由蒸汽裂化生产烯烃的常规方法，(a)、(b)、(c)、(d)、(e)、(f)、(g)或(h)所需的能量和/或净能量中更多由基于非碳的能源、可再生能源和/或电力提供。
[0208]
第二个实施方案，其为第一个实施方案的方法，其中所述基于非碳的能源包括电力。
[0209]
第三个实施方案，其为一种生产烯烃的方法，所述方法包括：(a)裂化包含烃的进
料流以产生包含烯烃的裂化气体，其中裂化所述进料流包括将所述进料流的温度升高至裂化温度；(b)从所述裂化气体回收热量；(c)压缩裂化气体以提供经压缩的裂化气体；(d)从经压缩的裂化气体移除酸性气体；(e)干燥酸性气体减少的裂化气体以产生经干燥的裂化气体；(f)冷却所述裂化气体以提供经冷却的裂化气体；(g)从所述经冷却的裂化气体分离一种或多于一种烯烃；或(h)其组合，其中，(a)、(b)、(c)、(d)、(e)、(f)、(g)或(h)所需的能量和/或净能量中的大部分由电力提供。
[0210]
第四个实施方案，其为第二或第三个实施方案的方法，其中所述电力由可再生能源产生，和/或其中所述可再生能源包括风能、太阳能、地热能、水电能、核能、潮汐能、波浪能或其组合。
[0211]
第五个实施方案，其为第二或第三个实施方案的方法，其中将所述进料流的温度升高至裂化温度在不燃烧燃料、基于碳的燃料和/或化石燃料的情况下实现。
[0212]
第六个实施方案，其为第二或第三个实施方案的方法，其中不采用燃料、基于碳的燃料和/或化石燃料的燃烧来加热。
[0213]
第七个实施方案，其为第二或第三个实施方案的方法，其中基于非碳的能源包括间歇性能源(ies)或经由间歇性能源(ies)产生电力，并且在ies可得时其中步骤(a)至(h)中的任一个或其组合在不燃烧燃料、基于碳的燃料和/或化石燃料的情况下实现，而在ies不可得时经由来自ies的能量的储存供给和/或通过燃烧燃料、基于碳的燃料和/或化石燃料来实现。
[0214]
第八个实施方案的方法，其为第二或第三个实施方案的方法，其中(a)在一个或多于一个热解反应器中进行，所述热解反应器经由电加热被加热到期望的裂化温度。
[0215]
第九个实施方案，其为第八个实施方案的方法，其中所述电加热包括电阻加热和/或感应加热。
[0216]
第十个实施方案，其为第一、第二或第三个实施方案的方法，其中(b)从裂化气体回收热量包括产生蒸汽，并且其中，除了在(b)中产生蒸汽外，不采用蒸汽作为主要的能量传递介质。
[0217]
第十一个实施方案，其为第一、第二或第三个实施方案的方法，其中(i)不产生蒸汽；(ii)除了在(a)中作为稀释剂外，不产生和采用蒸汽；或(iii)(b)从裂化气体回收热量包括产生蒸汽，所述蒸汽仅用于预热进料流。
[0218]
第十二个实施方案，其为第二或第三个实施方案的方法，其中(a)包括在辐射段中通过以电的方式加热进料流来将进料流的温度升高至裂化温度；向裂化反应器中注入蒸汽或过热蒸汽，其中所述蒸汽或过热蒸汽以电的方式产生；通过阻抗加热进料流；通过感应加热；经由热泵加热；通过经过以电阻方式加热的元件上方来加热进料流；通过使热的惰性气体或其他热介质经过裂化反应器的管子上方来加热，其中所述热的气体或经加热的介质以电的方式加热；用包含电加热元件的热交换器加热进料流；经由电阻加热来加热进料流；通过欧姆加热、等离子体、电弧、rf、ir、uv、微波或其组合来直接加热进料流；由热电设备加热进料流；经由电驱动机械措施加热进料流；或其组合。
[0219]
第十三个实施方案，其为第一、第二或第三个实施方案的方法，其中(b)从裂化气体回收热量不包括蒸汽的产生。
[0220]
第十四个实施方案，其为第一、第二或第三个实施方案的方法，其中(b)从裂化气
体回收热量包括：裂化气体与进料流之间的直接热交换；裂化气体与进料流之间经由在一个或多于一个温度下的一个或多于一个热交换的间接热交换，其中传热流体仅用于将热量从裂化气体移向进料流；经由与用于生成电力的热电设备偶联的裂化气体冷却器提取热量；或其组合。
[0221]
第十五个实施方案，其为第二或第三个实施方案的方法，其中(b)包括采用冷流体，并且：其中采用在水骤冷期间引入到冷流体中的热量来将进料流加热至裂化温度；其中所述冷流体与用于生成电力的热电设备偶联；其中采用吸收式冷水机来冷却冷流体，使得裂化气体以电的方式被冷却至低于常规温度；其中所述冷流体与热泵偶联；其中采用热电设备来改变冷流体的温度；其中采用电加热器来改变冷流体的温度；或其组合。
[0222]
第十六个实施方案，其为第二或第三个实施方案的方法，其中采用电加热器来加热工艺水汽提塔重沸器；其中采用电极锅炉来蒸发再循环的工艺水以产生在(a)中用作稀释剂的蒸汽；其中采用电加热器来产生蒸汽或过热蒸汽；或其组合。
[0223]
第十七个实施方案，其为第二或第三个实施方案的方法，其中(c)压缩裂化气体以提供经压缩的裂化气体在多阶段一级裂化气体压缩的至少一个压缩阶段中包括用电动机而不是蒸汽涡轮机驱动的压缩机；用电驱动压缩机压缩；相对于常规方法增大或减小经压缩的裂化气体的压力；采用整合到至少一个压缩阶段上游的一个或多于一个气/液分离器中的热电设备；或其组合。
[0224]
第十八个实施方案，其为第二或第三个实施方案的方法，其中(d)从经压缩的裂化气体移除酸性气体包括胺系统，其中用电加热器加热汽提塔。
[0225]
第十九个实施方案，其为第二或第三个实施方案的方法，其中(e)干燥酸性气体减少的裂化气体以产生经干燥的裂化气体包括使酸性气体减少的裂化气体与固体水分吸附剂接触，并用以下方式定期再生所述固体水分吸附剂：用电力加热的干燥气体；以电的方式加热用于干燥的干燥器容器；采用闭环系统来干燥和从再生气体冷凝水；或其组合。
[0226]
第二十个实施方案，其为第二或第三个实施方案的方法，其中(f)包括通过以低温方式冷却经干燥的裂化气体以提供经冷却的裂化气体，做法是：经由一个或多于一个制冷压缩机冷却，其中所述制冷压缩机中的大部分或全部是电气化的；采用比常规更大数量的制冷压缩机和/或压缩阶段，并定制所述一个或多于一个制冷压缩机和/或压缩阶段中的每一个；采用非常规的工作流体(例如，氮气或二氧化碳)；以电力回收常规地在一个或多于一个压降步骤损失的能量；采用直接电冷却(例如，热电设备)而不是常规的制冷；或其组合。
[0227]
第二十一个实施方案，其为第二或第三个实施方案的方法，其中所述方法产生主要包含甲烷和氢气的流，并且其中所述方法还包括：将所述主要包含甲烷和氢气的流的至少一部分引入到用于生产甲醇或氨的过程中；或(i)从所述主要包含甲烷和氢气的流分离氢气，其中(i)从所述主要包含甲烷和氢气的流分离氢气包括：任选地经由电气化的压缩机压缩所述主要包含甲烷和氢气的流以提供经压缩的包含甲烷和氢气的流，并将所述经压缩的包含甲烷和氢气的流分离成包含甲烷的流和包含氢气的流；和在ies源可得时(例如，在白天)储存包含氢气的流，而在ies源不可得时(例如，在夜间)采用燃料电池来从所述储存的包含氢气的流发电；和/或输出所述包含氢气的流(例如，到氨设备或甲醇设备)。
[0228]
第二十二个实施方案，其为第二或第三个实施方案的方法，其中(a)所需的能量仅由与裂化气体热交换和电力获得。
[0229]
第二十三个实施方案，其为第二或第三个实施方案的方法，其中在(a)中采用的稀释剂蒸汽以电的方式生成和加热。
[0230]
第二十四个实施方案，其为第二或第三个实施方案的方法，其中(a)所需的能量中的一些通过使稀释剂流过热至(a)的温度以上以提供过热的稀释剂流并将所述过热的稀释剂流与进料流合并来获得。
[0231]
第二十五个实施方案，其为第二或第三个实施方案的方法，其中使用电加热来对(a)中采用的一个或多于一个裂化反应器施加温度分布。
[0232]
附加公开部分v
[0233]
以下为根据本公开的非限制性具体实施方案：
[0234]
第一个实施方案，其为一种用于生产轻烯烃的烯烃合成设备，所述烯烃合成设备包括：进料预处理段，其被配置为预处理进料流；一个或多于一个炉子，其中所述一个或多于一个炉子中的至少一个被配置为电气化炉，并且其中每一个电气化炉还包括热解段，所述热解段包括一个或多于一个热解反应器，所述热解反应器被配置为在稀释剂的存在下裂化进料流中的烃以产生裂化气体流；初分馏和压缩段，其被配置为(a)提供从裂化气体流的热回收和裂化气体流的骤冷；(b)从裂化气体流移除燃料油、硫化氢、二氧化碳、水、裂解汽油或其组合；和(c)压缩裂化气体流，从而提供经压缩的裂化气体流；和产物分离段，其被配置为从经压缩的裂化气体流分离包含至少乙烯的产物烯烃流，其中每一个电气化炉被配置为使得整个每一个电气化炉至少90％的加热在不燃烧燃料、基于碳的燃料、化石燃料或其组合的情况下产生，并且其中烯烃合成设备被配置为消耗大于或等于10、20、30、40、50、60、70、80、90或100mw的电力。在一个方面，第一个实施方案的所述一个或多于一个炉子中的一个、多个或全部可为电气化炉。在另一个方面，作为电气化炉的第一个实施方案的所述一个或多于一个炉子被配置为(i)每个炉子消耗大于或等于10、20、30、40、50、60、70、80、90或100mw的电力，(ii)总共消耗大于或等于10、20、30、40、50、60、70、80、90或100mw的电力(例如，所有电气化炉组合地)，或(iii)(i)和(ii)两者。
[0235]
第二个实施方案，其为根据第一个实施方案的烯烃合成设备，其中每一个电气化炉不具有烟气热量回收段。
[0236]
第三个实施方案，其为根据第一或第二个实施方案的烯烃合成设备，其中所述烯烃合成设备中至少10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、95％、99％或100％的机械功在不使用蒸汽的情况下生成。
[0237]
第四个实施方案，其为根据第一至第三个实施方案中的任一项的烯烃合成设备，其中每生产一吨乙烯所产生的co2的量减少至小于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或2.0吨co2每在所述烯烃合成设备中生成一吨乙烯。
[0238]
第五个实施方案，其为根据第一至第四个实施方案中的任一项的烯烃合成设备，其中根据每一个电气化炉中的净能量输入计算的比能耗小于17gj/吨。
[0239]
第六个实施方案，其为根据第一至第五个实施方案中的任一项的烯烃合成设备，其中所述一个或多于一个热解反应器经由电阻加热被加热到预定的裂化温度。
[0240]
第七个实施方案，其为根据第一至第六个实施方案中的任一项的烯烃合成设备，其中所述一个或多于一个热解反应器经由感应加热被加热到预定的裂化温度。
[0241]
第八个实施方案，其为根据第一至第七个实施方案中的任一项的烯烃合成设备，其中所述一个或多于一个热解反应器经由辐射段被加热到预定的裂化温度，在所述辐射段中使用以电的方式生成的热来通过辐射直接向一个或多于一个热解反应器传热或加热辐射板，或使用这些方法的组合，所述辐射板通过辐射向所述一个或多于一个热解反应器传热。
[0242]
第九个实施方案，其为根据第一至第八个实施方案中的任一项的烯烃合成设备，其中除了产生用作所述一个或多于一个热解反应器中的稀释剂或用以促进与裂化气体流的热传递的蒸汽之外，不产生用作主要的能量传递介质的蒸汽。
[0243]
第十个实施方案，其为根据第一至第九个实施方案中的任一项的烯烃合成设备，所述烯烃合成设备还包括以压缩氢气、压缩的进料烃、压缩的产物烃、低温液体、热电池、电池组或其组合的形式存在的储存能量，使得在可再生电力不可得时能够采用所述储存能量。
[0244]
第十一个实施方案，其为根据第九个实施方案的烯烃合成设备，所述烯烃合成设备包括：(a)在高压下用于压缩乙烷或lpg进料的储存设施，其中经储存的压缩乙烷或lpg进料能够在稍后膨胀以生成电力并随后用作进料；(b)在低温下用于压缩乙烷或丙烷进料的储存设施，其中经储存的压缩乙烷或lpg进料能够稍后用作制冷剂并随后用作进料；或(c)其组合。
[0245]
第十二个实施方案，其为根据第九个实施方案的烯烃合成设备，所述烯烃合成设备包括：(a)在高压下用于压缩乙烯和/或丙烯或其组合的临时产品的储存设施，其中经储存的压缩乙烯和/或丙烯临时产品能够在稍后膨胀以生成电力并随后用作最终产品；(b)在低温下用于压缩乙烯或丙烯临时产品的储存设施，其中经储存的压缩乙烯和/或丙烯临时产品能够稍后用作制冷剂并随后用作最终产品；或(c)其组合。
[0246]
第十三个实施方案，其为一种生产烯烃的方法，所述方法包括：(a)裂化包含烃的进料流以产生包含烯烃的裂化气体，其中裂化所述进料流包括将所述进料流的温度升高至裂化温度；(b)从包含烯烃的裂化气体回收热量；(c)压缩裂化气体以提供经压缩的裂化气体；(d)从经压缩的裂化气体移除酸性气体；(e)干燥酸性气体减少的裂化气体以产生经干燥的裂化气体；(f)冷却所述经干燥的裂化气体以提供经冷却的裂化气体；和(g)从所述经冷却的裂化气体分离一种或多于一种包含至少乙烯的烯烃，其中，每生产一吨乙烯所产生的co2的量减少至小于0.5吨co2每吨乙烯，其中在所述方法期间至少50％的加热在不燃烧燃料、基于碳的燃料、化石燃料或其组合的情况下产生，并且其中所述方法消耗大于或等于10、20、30、40、50、60、70、80、90或100mw的电力。
[0247]
第十四个实施方案，其为根据第十三个实施方案的方法，其中将所述进料流的温度升高至裂化温度的热需求中的至少90％在不燃烧燃料、基于碳的燃料、化石燃料或其组合的情况下实现。
[0248]
第十五个实施方案，其为根据第十三或第十四个实施方案的方法，其中在所述方法期间至少90％的加热在不燃烧燃料、基于碳的燃料、化石燃料或其组合的情况下实现。
[0249]
第十六个实施方案，其为根据第十三至第十五个实施方案中的任一项的方法，其中(b)从裂化气体回收热量包括产生蒸汽，并且其中，除了在(b)中产生蒸汽外，不采用蒸汽作为主要的能量传递介质。
[0250]
第十七个实施方案，其为根据第十三至第十六个实施方案中的任一项的方法，其中(i)不产生蒸汽；(ii)除了在(a)中作为稀释剂外，不产生和采用蒸汽；或(iii)(b)从裂化气体回收热量包括产生蒸汽，所述蒸汽仅用于预热进料流，而不产生和采用除了在(a)中作为稀释剂外的其他蒸汽。
[0251]
第十八个实施方案，其为根据第十三至第十七个实施方案中的任一项的方法，其中(b)从裂化气体回收热量包括：裂化气体与进料流之间的直接热交换；裂化气体与进料流之间经由在一个或多于一个温度下的一个或多于一个热交换的间接热交换，其中传热流体仅用于将热量从裂化气体移向进料流；经由与用于生成电力的热电设备偶联的裂化气体冷却器提取热量；或其组合。
[0252]
第十九个实施方案，其为根据第十三至第十八个实施方案中的任一项的方法，其中采用电加热器来加热工艺水汽提塔重沸器；其中采用电锅炉来蒸发再循环的工艺水以产生在(a)中用作稀释剂的蒸汽；其中采用电加热器来产生蒸汽或过热蒸汽；或其组合。
[0253]
第二十个实施方案，其为根据第十三至第十九个实施方案中的任一项的方法，其中在(a)中采用的稀释剂蒸汽以电的方式生成和加热。
[0254]
第二十一个实施方案，其为根据第十三至第二十个实施方案中的任一项的方法，其中(a)所需的能量中的一些通过使稀释剂流过热至(a)的温度以上以提供过热的稀释剂流并将所述过热的稀释剂流与进料流合并来获得。
[0255]
第二十二个实施方案，其为根据第十三至第二十一个实施方案中的任一项的方法，其中使用电加热来对(a)中采用的一个或多于一个裂化反应器施加温度分布。
[0256]
虽然已示出和描述了本发明的优选实施方案，但本领域技术人员可在不脱离本公开的教导的情况下对其进行修改。本文描述的实施方案仅是示例性的，而非旨在限制。本文公开的发明的许多变化和修改是可能的并在本发明的范围内。
[0257]
在完全理解上述公开内容后，许多其他修改、等同物和替代物对于本领域技术人员将是显而易见的。以下权利要求旨在解释为在适用时涵盖所有这样的修改、等同物和替代物。因此，保护范围不受上面阐述的描述的限制，而仅受附随的权利要求书的限制，该范围包括权利要求书的主题的所有等同物。每一项权利要求均作为本发明的实施方案并入说明书中。因此，权利要求是进一步的描述并且是对本发明的具体实施方式的补充。本文引用的所有专利、专利申请和出版物的公开内容通过引用并入本文。