用于蒸汽裂解的方法和系统与流程

本发明涉及独立权利要求的前序部分所述的用于蒸汽裂解的方法和系统。

背景技术：

1、本发明基于用于生产烯烃和其他基础化学品的蒸汽裂解技术，例如在《乌尔曼工业化学百科全书》中的“乙烯”文章(2009年4月15日在线出版，doi：10.1002/14356007.a10_045.pub2)中所述。

2、us2006/116543a1公开了一种用于蒸汽裂解烃的方法和设备。所述方法包括将烃和蒸汽的混合物加热至期望的温度，所述期望的温度足够高以使烃裂解并将烃转化为烯烃。所述方法的特征在于：加热混合物所需的能源基本上通过热电联产来提供，热电联产利用燃料的燃烧同时产生热能和机械功，热能和机械功通过交流发电机转化为电力；以及混合物最初利用热电联产提供的热能进行预热，随后利用热电联产提供的电能通过电加热的方式加热到所需的裂解温度。

3、在us2020/172814a1中，一种用于将烃原料转化成裂解气体的裂解炉系统，包括对流段、辐射段和冷却段。对流段包括配置成接收和预热烃原料的多个对流管束。辐射段包括燃烧室，所述燃烧室包括配置成将原料加热至允许热解反应的温度的至少一个辐射盘管。冷却段包括至少一个传输管线交换器。

4、目前，在蒸汽裂解中，引发和维持吸热裂解反应所需的热能由燃料气体在耐火炉中的燃烧所提供。最初含有蒸汽和待裂解的烃的过程气体通过放置在耐火箱内的通常所说的裂解盘管，也称为辐射区或辐射段。在此流动路径上，过程气体被持续加热，使所需的裂解反应在裂解盘管内进行，从而裂解产物中的过程气体不断富集。进入裂解盘管中的过程气体的入口温度通常在550℃与750℃之间，出口温度通常在800℃与900℃之间。

5、除了辐射区外，燃烧式裂解炉还包括通常所说的对流区或对流段和通常所说的淬火区或淬火段。对流区通常位于辐射区上方，由从辐射区穿过烟气管道的各种管束组成。对流区的主要功能是从离开辐射区的热烟气回收尽可能多的能量。事实上，通常只有35％至50％的总燃烧负荷在辐射区内被转移到通过裂解盘管的过程气体中。因此，对流区在蒸汽裂解的能量管理中发挥着核心作用，因为所述对流区负责有效利用输入到炉内的大约40％至60％的热量(即，燃烧负荷)。事实上，当将辐射区和对流区结合在一起时，现代蒸汽裂解设备利用总燃烧负荷的90％至95％(基于燃料的较低发热量或净热值)。在对流段中，烟气在离开对流段并通过烟囱释放到大气中之前，被冷却到在60℃与140℃之间的温度水平。

6、对流区中回收的烟气热量通常用于过程负荷，例如锅炉给水和/或烃进料的预热、液态烃进料的(部分)蒸发(无论先前是否有过程蒸汽注入)以及过程蒸汽和高压蒸汽的过热。

7、淬火区定位于辐射区沿着主要过程气体路线的下游。辐射区由一个或多个热交换器单元组成，主要功能是将过程气体快速冷却到最高温度水平以下，以停止裂解反应、进一步冷却过程气体以进行下游处理、以及有效回收过程气体的显热以用于进一步的能源使用。此外，进一步的冷却或淬火可以通过注入液体来实现，例如当蒸汽裂解液体进料时通过油淬火冷却来实现。

8、在淬火段中回收的过程气体热量通常用于蒸发高压(hp)或超高压(shp)锅炉给水(通常处于30巴绝对压力与130巴绝对压力之间的压力范围)，以及用于在锅炉给水供给到蒸汽锅筒之前预热相同的锅炉给水。由此产生的饱和高压或超高压蒸汽可以在对流区(见上文)中过热，以形成过热的高压或过热超高压蒸汽，并可以从对流区分配到设备的中央蒸汽系统，为热交换器、蒸汽轮机或其他旋转设备提供热量和动力。在炉对流区中获得的蒸汽过热度通常比饱和温度(露点边界)高出150k至250k。一般来说，蒸汽裂解炉可以使用高压蒸汽(通常处于30巴至60巴)或超高压蒸汽(通常处于60巴至130巴)操作。在本发明的说明中，为了清楚起见，高压蒸汽将用于在30巴与130巴之间的整个压力范围，但也可超出该上限，这是因为本发明包括使用压力高达175巴的蒸汽。

9、淬火冷却后的过程气体处理的重要部分是压缩，压缩通常在进一步处理(例如，去除重质烃和过程水)之后进行，以便调节过程气体以进行分离。这种压缩也称为过程气体压缩或裂解气体压缩，通常通过蒸汽轮机驱动的多级压缩机进行。在蒸汽轮机中，可以使用来自所述设备的中央蒸汽系统的处于适当压力的蒸汽，所述蒸汽因此包括使用来自对流段和来自淬火冷却的热量产生的蒸汽。通常地，在现有技术的蒸汽裂解设备中，烟气(在对流区中)的热量和过程气体(在淬火区中)的热量与用于生成用于加热和驱动蒸汽轮机所需的大部分蒸汽量的热量需求很好地平衡。换句话说，废热可以或多或少地充分用于生成设备中所需的蒸汽。用于生成蒸汽的额外热量可以在(燃烧式)蒸汽锅炉中提供。

10、作为参考，并且为了进一步说明本发明的背景技术，图1以高度简化的局部示意图示出了传统的燃烧式蒸汽裂解装置，并将该燃烧式蒸汽裂解装置标示为900。

11、图1所示的蒸汽裂解装置900包括一个或多个裂解炉90，如加重线所示。仅为简明起见，下文中提到的是“一个”裂解炉90，而通常的蒸汽裂解装置900可以包括多个裂解炉90，多个裂解炉90可以在相同或不同的条件下运行。此外，裂解炉90可以包括下文描述的部件中的一个或多个。

12、裂解炉90包括辐射区91和对流区92。在除图1所示的实施例之外的其他实施例中，多个辐射区91也可以与单个对流区92等相关联。

13、在所述的示例中，多个热交换器921至925布置在对流区92中，可以以所示的布置或顺序布置，也可以以不同的布置或顺序来布置。这些热交换器921至925通常被设置为以管束的形式穿过对流区92，并且定位在来自辐射区91的烟气流中。

14、在所述的示例中，辐射区91通过布置在形成辐射区91的耐火材料的底面和壁面侧上的多个燃烧器911来加热，这些燃烧器仅被部分地指定。在其他实施例中，燃烧器911也可以仅设置在壁面侧或仅设置在底面侧。例如，当使用纯氢气进行燃烧时，可以优先采用后者。

15、在所述的示例中，将含有烃的气态或液态进料流901提供至蒸汽裂解装置900。还可以以所示的方式或以不同的方式使用多个进料流901。进料流901在对流区92中的热交换器921中被预热。

16、此外，锅炉给水流902通过对流区92，或者更准确地说通过热交换器922，并在热交换器922中被预热。锅炉给水流902随后被引入蒸汽锅筒93中。在对流区92中的热交换器923中，通常由位于蒸汽裂解装置900的炉系统外部的过程蒸汽生成系统所提供的过程蒸汽流903被进一步加热，并且在图1所示的示例中，过程蒸汽流903随后与进料流901相结合。

17、相应形成的进料流和蒸汽流904通过对流区92中的另外的热交换器925，随后通过常见的多个裂解盘管912中的辐射区91，以形成裂解气流905。图1中的图示高度简化。通常，相应的流904均匀地分布在多个裂解盘管912中，并且裂解盘管912中形成的裂解气被收集起来，以形成裂解气流905。

18、如图1进一步所示，蒸汽流906可以从蒸汽锅筒93中取出，并且可以在对流区92中的另外的热交换器924中被(过度)加热，产生高压蒸汽流907。高压蒸汽流907可以用在蒸汽裂解装置900中的任何适当位置和用于任何适当目的，在此不具体说明。

19、来自辐射区12或裂解盘管912的裂解气流905通过一条或多条传输管线传送至淬火交换器94，由于上述原因，裂解气流905在淬火交换器94中被快速冷却。这里所述的淬火交换器94代表初级淬火(热)交换器。除了这种初级淬火交换器94之外，还可以有其他的淬火交换器。

20、冷却后的裂解气流907被传送至其他处理单元95，这里仅非常示意性地示出该处理单元95。具体地，这些其他处理单元95可以是用于裂解气体的洗涤、压缩和分馏的处理单元，以及包括蒸汽轮机的压缩机装置，所述压缩机装置可以使用来自蒸汽锅筒93的蒸汽来操作并用96标示出。

21、在所示的示例中，淬火交换器94使用来自蒸汽锅筒93的水流908来操作。在淬火交换器94中形成的蒸汽流909返回至蒸汽锅筒93。

22、为至少减少当地工业过程中的二氧化碳排放而持续进行的努力也延伸到蒸汽裂解设备的操作中。与所有技术领域一样，当地二氧化碳排放量的减少具体地可以通过部分或所有可能的处理单元的电气化来实现。

23、如ep 3075704a1中与重整炉有关的描述，除了燃烧器外，还可以使用电压源，所述电压源连接至反应管，以使由此产生的电流加热给料。例如，在wo2020/150244a1、wo 2020/150248a1和wo 2020/150249a1中提出了使用电加热的蒸汽裂解炉的蒸汽裂解设备。其他或更广泛背景下的电炉技术，例如在wo 2020/035575a1、wo 2015/197181a1、ep 3249028a1、ep 3249027a1和wo 2014/090914a1中，或者在较早的文献中，例如de 2362628a1、de1615278a1、de710185c和de 3334334a1中均有公开。

24、us2006/116543a1公开了一种用于蒸汽裂解烃的方法和设备。所述方法包括将烃和蒸汽的混合物加热至期望的温度，所述期望的温度足够高以裂解烃并将其转化为烯烃。所述方法的特征在于：加热混合物所需的能源基本上通过使用热电联产来提供，热电联产利用燃料的燃烧同时产生热能和机械功，热能和机械功通过交流发电机转化为电力；以及混合物最初利用热电联产提供的热能进行预热，随后利用热电联产提供的电力通过电加热的方式被加热到所需的裂解温度。

25、在us2020/172814a1中，一种用于将烃原料转化成裂解气体的裂解炉系统包括对流段、辐射段和冷却段。对流段包括配置成接收和预热烃原料的多个对流管束。辐射段包括燃烧室，所述燃烧室包括配置成将原料加热至允许热解反应的温度的至少一个辐射盘管。冷却段包括至少一个传输管线交换器。

26、完全或部分改变蒸汽裂解设备的加热概念，即完全或部分使用电能产生的热量来代替燃料燃烧产生的热量，是一项相当大的干预措施。作为替代方案，通常需要侵入性较小的重新设计方案，特别是在改造现有装置时。例如，这些可以包括至少部分地由电驱动器替代用于驱动过程气体压缩机或不同压缩机的蒸汽轮机。虽然如上所述这种蒸汽轮机可以部分地使用裂解炉的对流段中回收的废热产生的蒸汽来操作，但是通常必须另外提供燃烧式蒸汽炉，以供应足够的蒸汽量。因此，至少部分地用电驱动器替代用于驱动上述压缩机的蒸汽轮机，可以减少或避免燃烧炉的负荷，从而减少当地的二氧化碳排放量。

27、然而，如下文进一步所说明的，具体地，这种设备的部件的电气化会对整个设备的热平衡产生显著影响。也就是说，如果用电力驱动代替用于驱动压缩机的蒸汽轮机，则设备中产生的废热(以前用于驱动蒸汽轮机)就不能再被充分利用。另一方面，如果用电炉代替燃烧炉，则以前用于提供蒸汽、加热给料等的烟气的废热将不再可用。

28、换句话说，更换蒸汽裂解部件中的任何排放二氧化碳的部件都会对整个设备的运行产生巨大影响，而不仅仅是将一个部件更换为另一个部件的问题。因此，在蒸汽裂解装置中充分且有效的整合这些部件对于整个装置的设计，特别是能源管理至关重要。因此，这就是本发明的目的。

29、在这方面，本发明尤其涉及一种情况，其中燃烧式蒸汽裂解炉被电加热蒸汽裂解炉替代，从而导致可用于蒸汽消耗设备(例如，汽轮机或其他旋转设备)的蒸汽显著减少或不产生。本发明特别涉及这样一种情况，即蒸汽裂解设备实现了“完全电气化”。在这种情况下，如前所述，必须找到一种合适的操作模式，这是因为传统的蒸汽生产和消耗平衡状况几乎完全改变。

技术实现思路

1、在此背景下，本发明提出一种具有独立权利要求的特征的用于蒸汽裂解的方法和系统。本发明的实施例是从属权利要求和下文描述的主题。

2、在进一步说明本发明的特点和优点之前，将对本发明的说明中所使用的一些术语做进一步解释。

3、术语“过程蒸汽”是指在烃进料进行蒸汽裂解之前添加到烃进料中的蒸汽。换句话说，过程蒸汽是相应进料的一部分。因此，过程蒸汽参与了通常已知的蒸汽裂解反应。过程蒸汽可以具体地包括由“过程水”的蒸发产生的蒸汽，即之前从混合的烃/水流中分离出来的水，例如从蒸汽裂解炉中提取的过程气体或其馏分中分离出来的水，特别是通过容器/凝聚器、脱氧装置中的重力分离或者使用过滤器分离出来的水。

4、“过程气体”是指通过蒸汽裂解炉，并且随后进行诸如淬火、压缩、冷却和分离的处理步骤的气体混合物。过程气体在供应至蒸汽裂解炉时，包括蒸汽和进行过蒸汽裂解而析出的烃，即，进行过蒸汽裂解的“进料流”在本文中也称为过程气体。如果需要区分，则可以用“引入蒸汽裂解炉的过程气体”和“过程气体流出物”或类似语言来表示。当离开蒸汽裂解炉时，过程气体中富含裂解产物，特别是过程气体中含有很少的析出的烃。在随后的处理步骤中，过程气体的成分可能会进一步改变，例如由于从中分离出馏分。

5、与过程蒸汽不同，术语“高纯度蒸汽”是指由净化的锅炉给水的蒸发产生的蒸汽。高纯度蒸汽通常根据本领域惯用标准规定，例如vgb-s-010-t-00或类似标准。高纯度蒸汽通常不包括由过程水产生的蒸汽，因为后者通常包含来自过程气体的一些其他成分。

6、术语“进料烃”是指在蒸汽裂解炉中，在过程气体中进行蒸汽裂解的至少一种烃。在使用术语“气体进料”时，进料烃主要或仅仅包括每分子含2至4个碳原子的烃。相比之下，术语“液体进料”应指主要或仅仅包括每分子含4至40个碳原子的烃的进料烃，“重质进料”处于该范围的上限。

7、术语“电炉”一般可用于蒸汽裂解炉，在电炉中，加热裂解盘管中的过程气体所需的热量主要或完全由电力提供。这种炉可以包括一个或多个电加热器装置，所述电加热器装置通过有线连接和/或感应式电力传输而连接到电力供应系统。在加热器装置材料内部，施加的电流通过焦耳加热产生体积热源。如果裂解盘管本身用作电加热装置，则释放的热量会通过对流-传导热传递直接传递到过程气体。如果使用单独的电加热装置，则焦耳加热释放的热量会从加热装置间接传递到过程气体，首先优选地通过辐射且在较小程度上通过对流从加热装置传递到裂解盘管，然后通过对流-传导热传递从裂解盘管传递到过程气体。过程气体在供应至裂解炉之前，可以通过各种方式进行预热。

8、相比之下，“燃烧炉”通常是蒸汽裂解炉，在燃烧炉中，加热裂解盘管中的过程气体所需的热量主要或完全通过使用一个或多个燃烧器燃烧燃料来提供。过程气体在供应至裂解炉之前，可以通过各种方式进行预热。

9、当在蒸汽裂解中使用电炉和燃烧炉的组合时，通常可以使用术语“混合加热概念”。在本发明的上下文中，优选地将单个裂解盘管严格归属于燃烧炉或电炉，即，每个裂解盘管完全通过电能加热或者完全通过燃烧加热。

10、本文中的术语“主要”可以指比例或含量至少达到50％、60％、70％、80％、90％或95％。

11、本文所用的术语“旋转设备”可以涉及选自压缩机、鼓风机、泵和发电机的一个或多个部件，这些旋转设备通过诸如电动机、蒸汽轮机或燃气轮机的机械能量源来驱动。

12、“多流热交换器”是一种热交换器，具体地，在这种热交换器中，待冷却介质通过多个通道，例如在开头提到的乌尔曼文章中提及的“传输管线交换器”中。

13、本发明的优点

14、据本发明者所知，有关电加热裂解炉的现有文献仅限于电盘管加热段本身的设计和操作。关于集成概念到全炉结构(包括预热和淬火部分)的信息很少，也没有关于集成到更广泛的裂解装置结构的信息。除了上述最新公开文献(即，wo 2020/150244a1、wo 2020/150248a1和wo 2020/150249a1)之外，这一点也是有效的。

15、在蒸汽裂解器(以下称为“蒸汽裂解装置”)中充分且有效的整合电炉对整个设备的设计，尤其是能源管理至关重要。如前所述，电加热炉没有对流区造成了一大难题。这一点非常重要，这是因为如前所述在燃烧式裂解炉中，40％至60％的总热量输入在对流区中被回收并可以用于各种用途。

16、根据本发明提供的概念和解决方案特别地旨在并适合于满足包括电炉系统的蒸汽裂解装置所必需的以下职责或要求。

17、将裂解盘管中由进料烃和蒸汽预混合的过程气流从在550℃与750℃之间的入口温度电加热至在800℃与900℃之间的出口温度，从而实现与在燃烧裂解炉中获得的裂解产率相似或更好的裂解产率。

18、预热进料烃，如果是液体进料，则将进料烃从在20℃与150℃之间的通常供应温度汽化至在550℃与750℃之间的上述盘管入口温度。进料烃的预热和汽化在预先添加或不添加过程蒸汽的情况下进行，过程蒸汽通常以在130℃与200℃之间的温度水平供应至蒸汽裂解装置。

19、在一个或多个多流热交换器中，将裂解盘管下游的过程气体有效且非常快速地冷却至在300℃与450℃之间(对于液体进料)或在150℃与300℃之间(对于气体进料)的温度水平，以允许从过程气体中回收热量。

20、平衡炉系统和其余蒸汽裂解设备之间的能量流，以确保设备安全、可靠和高效的运行。

21、本发明针对所述设备，在炉的设计、布置和操作方面提出新的工艺解决方案。简单地说，本发明提供以下问题的解决方案：“如何在低排放至零排放的蒸汽裂解装置中平衡和分配热量，其中部分、大部分或全部为电炉？”

22、现有技术没有包含如何解决这些问题的示例，这是因为所有的燃烧炉集成概念严重依赖于对流区的存在，在对流区中从热烟气流中回收热量。

23、虽然现有的公开文献可能表明来自过程气流的热量可以被回收和利用，例如用于进料预热或产生过程蒸汽，但并没有提供如何向蒸汽裂解设备和相邻近的化工综合设备中的大量其他过程热消耗部件提供可用的过程热量的解决方案。虽然有人建议不再使用蒸汽作为主要的能源载体，但所提到的供热问题仍然没有得到解答，除非设备中的所有加热任务都使用电力。后一种比较微不足道的解决方案远非最佳能源方案，这是因为在低温下使用电力进行加热会导致大量的可用能损失。在现有技术的其他实施例中，所产生的蒸汽是强列过热的，目的是通过蒸汽轮机与发电机系统结合发电。这也是一个值得商榷的解决方案，因为利用最初电加热反应器系统产生的蒸汽发电，同样会导致非常高的可用能损失和非最佳资源管理。

24、根据本发明，提供一种使用蒸汽裂解装置进行蒸汽裂解的方法，所述蒸汽裂解装置包括不具有对流区的电裂解炉，并且还包括淬火冷却机组，其中过程气流至少经过电裂解炉和淬火冷却机组。应当注意的是，虽然在下面的描述中以单数形式提及布置、装置、流等，但是本发明同样可以包括其中这些项目中的每一个可以以多个形式提供的实施例。就这一点而言，流可以根据需要组合来自不同部件的流或者可以被分配到不同部件。

25、如果在此提及“没有对流区”的电裂解炉，则是指没有从烟气流中持续回收大量通常超过500kw的过程热量的区域。换句话说，没有对流区的电裂解炉是一种没有从烟气流二氧化碳排放的裂解炉，所述烟气流被特意冷却以持续回收大量通常超过500kw的过程热量。然而，所述炉系统可以具有用于非过程目的的二氧化碳排放源，例如在气体排空烟囱出口处与安全相关的引燃器。不过，这些排放源提供很少量的通常不可回收的热量。

26、因此，一般来说，在烃裂解操作期间，优选地在电裂解炉中将不超过1000kw的热量作为显热，传输至除了经过根据本发明的一个或多个电裂解炉盘管箱或者从根据本发明的一个或多个电裂解炉排出的过程气流之外的流。例如，这些其他气流可以是高纯度蒸汽流。换句话说，在电裂解炉中传递到除过程气体之外的流的所述热量也可以不大于传递到所述过程气体的热量的5％或不大于3％。

27、根据本发明，淬火冷却机组优选地包括至少两个不同的冷却步骤，其中在第一个冷却步骤中，从电裂解炉中提取的过程气流的至少一部分在30巴与175巴之间(特别是在60巴与140巴之间，更特别的是在80巴与125巴之间)的绝对压力水平下通过蒸发锅炉给水被冷却，并且在第二个冷却步骤中，从电裂解炉中提取的过程气流的至少一部分相对于用于形成过程气流的进料烃和过程蒸汽的过热混合物被冷却，所述混合物被加热到350℃与750℃之间、特别地在400℃与720℃之间、更特别地在450℃与700℃之间的温度水平。

28、根据本发明特别优选的实施例，蒸汽发生装置以与蒸汽裂解装置热关联的方式被操作，并且可以形成蒸汽裂解装置的一部分。使用一个或多个蒸汽发生装置至少生成处于30巴绝对压力与175巴绝对压力之间的第一压力水平且处于第一温度水平的过热高压蒸汽，并且不生成处于高于第一温度水平的温度水平的蒸汽。在这里，术语“基本无蒸汽”特别指蒸汽量少于蒸汽发生装置所产生的总蒸汽量的10％。

29、此外，根据本实施例，处于第一压力水平和第一温度水平下的过热高压蒸汽至少部分地以绝热且等焓的方式膨胀至低于第一压力水平的第二压力水平，第二压力水平具体地高于20巴绝对压力，但不是必须高于20巴绝对压力，使得所述过热高压蒸汽的温度水平仅通过绝热且等焓的膨胀降低至第二温度水平。第一温度水平被选择为使得在绝热且等焓的膨胀过程期间在大于20巴的中间压力水平下达到的每个中间温度水平比绝热且等温的膨胀期间相应的中间压力水平下的蒸汽露点高5k至120k，特别地高10k至100k，进一步特别地高20k至80k。换句话说，根据本发明，通过第一温度水平，膨胀的蒸汽保持在适度的过热水平，同时对于所有超过20巴的中间压力水平在整个膨胀过程中保持与沸点曲线足够的距离。后者在从大于40巴的第一压力水平开始膨胀的情况下特别相关，因为在这种情况下可以达到或至少暂时经过两相区域。根据本发明可以避免这种情况。

30、如果从炉系统中输出的蒸汽流仅用于向消耗器提供过程热量，那么根据本实施例在炉系统内部限制蒸汽过热水平，即进行适度过热，是非常合适的，术语“输出”在这里指的是从蒸汽发生装置中提取，而不是或不一定是从整个系统中提取。这种蒸汽也可以称为“干”蒸汽，因为选择其过热程度主要是为了防止冷凝，冷凝可能会导致例如蒸汽输送过程中的磨损。通过绝热且等晗的膨胀，在膨胀后或膨胀过程中，蒸汽的压力可以在不发生相变的情况下降低到散热器所需的压力和温度水平(如果温度水平符合上述要求)。对于任何可能应用的绝热且等晗的膨胀到最低压力，即第二压力水平，在膨胀过程中的任何高于20巴的中间压力水平，蒸汽流的露点裕度都在前面提到的范围内。

31、根据本发明的实施例，通过避免强蒸汽过热，可以最大限度地将淬火热量用于较高温度水平(通常超过300℃)的进料预热。在包括电蒸汽过热器的实施例中，如下文进一步说明的那样，可以最小化输入到电裂解炉的电能。

32、本发明与所有已知的燃烧炉集成系统的不同之处在于，由于没有对流区，本发明既不针对烟气进行进料预热，也不针对烟气进行蒸汽过热。与之前提出的电炉集成概念不同，本发明明确将蒸汽用作主要的能量载体，更具体地作为热载体，用于处理不同温度水平的热消耗器。蒸汽的产生和输出条件是专门设计的，以满足蒸汽裂解设备和相邻的化工综合装置内部的热量分配的预期目的。

33、此外，根据本发明的实施例中所使用的拓扑结构，仅使用饱和和/或适度过热的高压蒸汽及其产生的冷凝水，将进料烃、过程蒸汽和锅炉给水预热至大约300℃的温度水平，所述拓扑结构代表了一种在电炉中完成这些工艺任务的创造性方案，在电炉中没有额外的烟气废热，这与燃烧炉不同。这些方案的优点是使用电炉直接提供的热介质，从而减少管道需求，并且通过保持热交换器中较小的温差以及优选地对形成的冷凝物进行过冷处理以最大限度地回收热量，最大限度地减少了可用能损失。

34、通过限制仅用于过程热的蒸汽用量并相应地设置蒸汽参数，蒸汽系统可以灵活地操作(与压力和温度相关)，并且可以进一步用作临时能量缓冲器，例如通过在操作期间改变蒸汽过热水平和/或压力水平。由于汽轮机对蒸汽条件变化的耐受性比基于蒸汽的热交换器差，因此产生的蒸汽不用于汽轮机中的发电，这就为蒸汽系统的运行提供了便利。在不同的实施例中，电能输入的变化可以以不同的方式实现，例如通过修改特定热交换器的受控出口温度的设定点。在图2中所示的实施例中，例如下面进一步说明的，这种变化可以通过降低供应蒸汽的热交换器x2的出口温度来实现，为了维持炉的相同化学生产负荷，这将导致增加其他热交换器和/或盘管加热的总电能输入。在采用电蒸汽过热的实施例中，可以通过改变负荷直接实现这种变化。

35、因此，根据本发明，优选地，由一个或多个蒸汽发生装置产生的蒸汽不用于传输大于1mw的轴功率的汽轮机驱动器中，并且优选地不用于汽轮机或上述限定的其他旋转设备。换句话说，根据本发明，不使用从一个或多个蒸汽发生装置供应蒸汽的汽轮机，并且至少不使用输送超过1mw的轴功率的汽轮机。

36、处于第一压力水平和第一温度水平的过热高压蒸汽优选地不包括由过程水生成的蒸汽，并且优选地仅包括由锅炉给水产生的蒸汽。因此，过热高压蒸汽优选为如上所限定的高纯度蒸汽。过热高压蒸汽优选地不用于形成一个或多个过程气流，即不参与蒸汽裂解反应。

37、换句话说，根据本发明，如上所述，仅产生适度过热的高纯度蒸汽流，并且在相应的压力水平(即，第一压力水平)下输出，并且对于低至最小压力(即，第二压力水平)的任何绝热且等焓的膨胀，所得到的膨胀蒸汽流的露点裕度在之前已经提到的范围内。

38、根据本发明，优选使用包括一级淬火交换器和二级淬火交换器的淬火冷却机组作为所述淬火冷却机组。一级淬火交换器用于执行冷却步骤中的第一步骤的至少一部分，并且二级淬火交换器用于执行冷却步骤中的第二步骤的至少一部分，或者一级淬火交换器用于执行冷却步骤中的第二步骤的至少一部分，并且二级淬火交换器用于执行冷却步骤中的第一步骤的至少一部分。下面结合附图对本发明相应的实施例作进一步详细说明。

39、根据本发明，在蒸汽发生装置中可以使用多流热交换器，在所述多流热交换器中将从电裂解炉中提取的过程气流传输的热量传输给锅炉给水流和/或用于形成过热高压蒸汽和/或电蒸汽过热器的蒸汽流。此外，用于形成进料烃和过程蒸汽的过热混合物的进料烃的至少一部分，即随后要裂解的过程流，可以使用从电裂解炉中提取的过程气流的至少一部分在多流热交换器中进行预热，所述多流热交换器随后称为进料-出料交换器。

40、根据本发明，作为淬火冷却系统，可以使用包括具有三个或四个串联在过程气流中的淬火交换器的结构的淬火冷却系统，其中至少有一个淬火交换器可以被提供作为刚刚提到的多流热交换器。在这一系列中，第一和第二淬火热交换器可以是前面描述的一级和二级淬火热交换器。热量可以在第三淬火热交换器(如果有的话)以及第四淬火热交换器中传递给锅炉给水流和/或用于形成过热高压蒸汽的蒸汽流。可选地，三个或四个淬火交换器系列中的最后一个淬火交换器可以用于预热用于形成进料烃和过程蒸汽的过热混合物的进料烃的至少一部分，特别是在已经包括过程蒸汽的混合物中，尤其是在本发明的实施例中提供电蒸汽过热器的情况下。在下文中，三个或四个淬火热交换器系列中的最后一个淬火热交换器也被称为“三级”淬火热交换器，而四个淬火热交换器系列中的倒数第二个淬火热交换器被称为“中间”淬火热交换器。请注意，此处的具体称谓只是为了便于参考。

41、部分地重复上述内容，处于第一压力水平和第一温度水平的过热高压蒸汽优选地不包括从过程水产生的蒸汽和/或仅包括从锅炉给水产生的蒸汽，使得处于第一压力水平和第一温度水平的过热高压蒸汽被提供为高纯度过热高压蒸汽。此外，也如上所述，优选地，在传送大于1mw的轴功率的汽涡轮驱动器中，不使用由一个或多个蒸汽发生装置产生的蒸汽。

42、如前所述，根据本发明的特别优选的实施例，蒸汽裂解装置可以在不同的操作模式下运行使用不同的电能来操作，这由于根据本发明的蒸汽的产生和使用的灵活性而变得可能。这样，本发明也可以用于稳定电网。

43、关于根据本发明提供的蒸汽裂解系统及其优选实施例的进一步细节，请参考上文关于本发明方法及其优选实施例的说明。有利地，所提出的装置适于执行之前更详细说明的实施例中的至少一个中的方法。

44、综上所述，本发明提出了新颖的概念，确保在高度电气化的蒸汽裂解装置设计中，蒸汽裂解炉能够满足上述所有职责或要求。

45、根据本发明的实施例所提供的限制过热高压蒸汽的过热的解决方案，尤其打破了目前蒸汽裂解装置设计中的现有技术水平，该设计完全基于燃烧炉和涡轮机驱动的大型旋转机械。在高度电气化的蒸汽裂解装置设计中，这种技术选择是一种非常有效的解决方案。

46、事实上，目前在炉段中生产高过热的高压蒸汽的做法(炉出口处的露点裕度通常高于150k)是由于炉的对流段中存在大量热废能，并可用于汽轮机以驱动压缩机和泵。此外，从涡轮机抽汽或涡轮机出口提取的减压蒸汽还用于提供不同水平的过程热量。

47、在高度电气化的裂解装置的分离机组中，使用电动压缩机驱动器代替汽轮机可以减少蒸汽裂解设备中的可用能损失。此外，分离机组中的高过热的高压蒸汽也没有得到更有效的利用。因此，通过降低过热水平，本发明可将淬火段回收的热能中的大部分用于进料烃/过程蒸汽的混合物的必要预热，预热可直接在进料-出料热交换器中进行，也可间接通过产生过热高压蒸汽并将该蒸汽用于进料预热步骤。

48、通过最大限度地利用淬火热量进行进料预热，减少了电炉的电能输入总量，从而降低电炉的运行成本，有利于电炉集成到电网中，并减少炉段中的整体可用能损失。

49、在所示的实施例中，将一级淬火交换器用于蒸汽生产的变型具有裂解气冷却和反应淬火速度最快(沸水的传热系数高)的优点，而将一级淬火交换器设计为进料-出料交换器的变型例则具有输入电能最少的优点。

50、根据本发明的实施例，在给定范围内的适度过热可以进一步向过程热消耗器提供直接且灵活的热量，这是因为只需通过对炉输出的适度过热蒸汽进行单相、绝热且等晗的膨胀，就可以将热量分配给不同温度水平的消耗器，而无需为整个蒸汽水平设置减压站，也无需为减温和/或涡轮级注入额外的锅炉给水。

51、如上所述，在较低温度下进行的预热可以减少管道体积，并通过过冷蒸汽冷凝物实现最大程度的热回收。

52、在动态行为方面，通过蒸汽系统平衡和缓冲电力输入变化的可能性有助于将此类炉系统集成到优选由可再生电力供应的工业综合系统中。

53、下文列出了本发明的其他特征和实施例。所有这些特征和实施例都可以不受限制地与上下文中描述的特征和实施例相结合，只要在权利要求书的范围内且在技术上可行或合理，则不受限制。

54、本发明优选地与分离机组相结合，在分离机组中，所有功率负荷超过1mw的气体压缩机或泵都由电动机驱动。

55、输出的过热高压蒸汽最有利地通过绝热且等焓的膨胀元件分配至不同的蒸汽压力水平。单个热量消耗器(例如，具有关键的结垢服务)还可以包括额外的减温步骤，所述减温步骤可以通过直接注水或使用饱和锅筒来执行。

56、包含根据本发明的特征的蒸汽裂解装置可以根据任何可能的电加热原理来操作，例如直接电阻线圈加热、通过电加热元件间接辐射线圈加热、以及利用感应输电进行线圈加热。蒸汽裂解装置可以包括用于从电能产生蒸汽的其他单元，例如，电热泵系统和电锅炉。

57、输出的过热蒸汽可以膨胀至低于20巴绝对压力的压力蒸汽水平，例如以便供应给中压和低压的蒸汽消耗器。第二压力水平选择20巴绝对压力是为了便于限定初始蒸汽过热的曲线包络线。在不限制本发明的保护范围的情况下，当膨胀到低于20巴绝对压力的压力时，露点裕度可能会出现更高的值。

58、除了通过蒸汽过热/压力的变化可以获得固有能量存储之外，本发明还可以进一步与专用能量存储系统(例如，潜热存储系统或类似系统)相结合。