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、根据us 4,617,109a，用于蒸汽裂解炉的燃烧空气通过与中压和低压蒸汽的间接热交换被预热，所述中压和低压蒸汽已经通过汽轮机由在乙烯生产设备的热段中产生的高压蒸汽而膨胀。

3、us 4,107,226a中公开了一种用于淬火裂解气体并从中回收热量的方法，所述方法通过与蒸汽进行热交换冷却气体，以提高蒸汽的过热水平，然后从过热蒸汽中回收热量。

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、发明目的

23、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。

24、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wo 2020/150244a1、wo2020/150248a1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、ep3249028a1、ep 3249027a1和wo 2014/090914a1中，或者在较早的文献中，例如de2362628a1、de 1615278a1、de710185c和de 3334334a1中均有公开。

25、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。

26、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。

27、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。

28、在这方面，本发明特别涉及这样一种情况，即使用燃烧蒸汽裂解炉，但泵、压缩机或其他旋转设备至少部分地由电动机驱动，而不是使用汽轮机，因此至少实现蒸汽裂解设备的“部分电气化”。此外，在这种情况下，如前所述，必须找到一种合适的操作模式，因为传统的蒸汽生产和消耗平衡状况会因为蒸汽消耗量的减少而失衡。

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，还没有关于燃烧裂解炉设计和蒸汽裂解设备操作的专门优化描述，这是因为蒸汽裂解设备不具有用于回收机械能的汽轮机，而机械能需要用于驱动所述设备的分离段中的主气体压缩机或用于发电。本发明提供了这样一种解决方案，首次实现了相应设备的有效运行。

15、本发明在炉的设计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：“如果蒸汽消耗器大幅改变，如何改造蒸汽发生装置？”如前所述，替代蒸汽裂解部件中可能排放二氧化碳的部件对整个设备的运行有很大影响，而不是一个部件与另一个部件的交换问题。

16、如前所述，在当前的蒸汽裂解设备中，从炉中输出的蒸汽被涡轮驱动器(机械能回收)和热交换器(热能回收)消耗，从而形成热电联产系统。通过对压缩机驱动装置进行电气化，可以从可再生电力输入中受益，并减少汽轮机驱动的压缩机或发电机(一般也可使用)造成的可用能损失。作为回报，改装后的蒸汽系统优选地简化为热回收系统。

17、因此，本发明提出裂解炉概念，特别地旨在集成到蒸汽裂解设备中，而无需或至少无需进行大规模机械能回收，并利用这种改进的使用情况来优化炉运行的排放和能源效率。

18、现有技术没有包含如何解决这些问题的示例，这是因为已知的燃烧炉集成概念依赖于产生用于机械能回收的蒸汽，而这样的蒸汽是充足的。

19、在上述一些文献中，上述问题也存在，所述问题包括将燃烧炉与部分电气化分离机组相结合的实施例。其中提到进料-出料交换器，但没有提供有关设备设计的详细信息，也没有回答有关实际实现的开放性问题。现有技术中已知的实施方式包括在对流段中产生高过热蒸汽，其中传统的输出蒸汽条件适合在汽轮机中使用，例如驱动裂解气体压缩机。然而，本发明并没有提出解决方案。

20、根据本发明，提出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一个或多个燃烧裂解炉、一个或多个淬火冷却机组和作为旋转设备的一个或多个压缩机和/或泵。一个或多个过程气流至少经过一个或多个燃烧裂解炉和一个或多个淬火冷却机组，并且旋转设备至少部分地由电能驱动。旋转设备可以特别地形成蒸汽裂解装置的一个或多个分离机组的一部分，或者可以适于制备一个或多个过程气流或者由其形成的一个或多个气流，用于在这样的一个或多个分离机组中分离。分离机组可以是文献中通常已知的，可以包括从脱甲烷器、脱乙烷器、脱丙烷器、分离器、氢化装置、吸收塔、精馏塔、制冷装置、吸附装置和热交换器中选择的步骤或设备。

21、根据本发明，蒸汽发生装置与蒸汽裂解装置以热关联的方式被操作并形成所述蒸汽裂解装置的一部分。使用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％。

22、进一步根据本发明，处于第一压力水平和第一温度水平的所述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，以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被降低至第二温度水平，其中所述第二压力水平超过20巴的绝对压力(但不是必须的)。第一温度水平被选择为使得在绝热且等焓的膨胀期间在超过20巴的中间压力水平下达到的每一个中间温度水平比在绝热且等焓的膨胀期间处于相应的中间压力水平的蒸汽的露点高5k至120k，特别地高10k至100k，进一步特别地高20k至80k。换句话说，通过选择根据本发明的第一温度水平，膨胀的蒸汽保持在适度的过热水平，同时对于所有20巴以上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。此外，通过根据本发明限制蒸汽过热，减少非必要的蒸汽发生过程中高温下的热交换负荷，从而增加用于基本过程加热目的(例如，进料预热)的高温加热源的可用性。

23、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，过热的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。

24、换句话说，根据本发明，只产生适度过热的高纯度蒸汽流，并在相应的压力水平(即，第一压力水平)下输出，术语“输出”在这里指从蒸汽发生装置中提取，而不是或不一定指从整个系统中提取。这种蒸汽也可以称为“干”蒸汽，这是因为这种蒸汽的过热水平的选择主要是为了防止冷凝，冷凝可能会例如导致蒸汽输送过程中的磨损。对于任何可能应用的低至最小压力(即，第二压力水平)的绝热且等晗的膨胀，在膨胀期间高于20巴的任何中间压力水平处所得到的蒸汽流的露点裕度在之前已经提及的范围内。

25、本发明提出新颖的概念，通过上述措施，特别是下文的进一步说明，在高度电气化的整体蒸汽裂解设备设计的背景下，重新设计燃烧蒸汽裂解炉。

26、所提出的限制高压蒸汽过热的解决方案打破了基于传统燃烧炉和涡轮驱动的大型旋转设备的蒸汽裂解器设计的当前现有技术水平。在高度电气化的蒸汽裂解器设计中，这种技术选择是一种非常有效的解决方案。“高度电气化”与旋转设备有关，但与蒸汽裂解炉本身无关，与旋转设备相反，根据本发明，蒸汽裂解炉至少部分仍是燃烧炉。

27、事实上，目前在炉段生产高过热的高压蒸汽(炉出口处的露点裕度通常超过150k)的做法，是由于对流段存在大量的热废能，并可将其用于汽轮机以驱动压缩机、泵或发电机。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。因此，在传统装置中，蒸汽产生和使用的灵活性受到限制。

28、在高度电气化的裂解分离机组中，使用电动压缩机驱动器代替汽轮机可以减少可用能损失。因此，拆除汽轮机后，分离机组中的高过热的高压蒸汽就不能得到更有效的利用。因此，通过降低过热水平，本发明可以将炉的淬火段和对流段中回收的热能的大部分用于主要过程流或其组分(即，进料烃和/或过程蒸汽)的必要预热。此外，如下文进一步所述，这些热能还可以用于预热燃烧空气，燃料利用该燃烧空气来燃烧。

29、因此，根据本发明的特别优选的实施例，在经过一个或多个燃烧裂解炉之前的一个或多个过程流、或者进料烃和/或用于生成一个或多个过程流的过程蒸汽，使用从一个或多个燃烧裂解炉(或者更准确地为辐射区)的下游的一个或多个过程流提取的热量被至少部分地加热，即，从其中形成的“过程气体”或“裂解气体”中提取的热量被至少部分地加热。

30、从一个或多个燃烧裂解炉下游的一个或多个过程流提取的热量，可以特别地至少部分地在一个或多个直接进料-出料热交换器中被从一个或多个燃烧裂解炉下游的一个或多个过程流提取，所述直接进料-出料热交换器为一个或多个热交换器，在所述热交换器中或者在每个热交换器中，一个或多个燃烧裂解炉下游的过程流或过程流中的一个在通过一个或多个燃烧裂解炉之前与一个或多个过程流直接热接触，或者与进料烃和/或用于产生一个或多个过程流的过程蒸汽直接热接触。这里的“直接热接触”应理解为通过一个或多个直接进料-出料热交换器的一个或多个(金属)界面层进行热传递，而不是通过中间热交换流体进行热传递。

31、可选地或者另外，从一个或多个燃烧裂解炉的一个或多个过程流中提取的热量，至少部分地可以使用蒸汽、或者进料烃和/或用于生成一个或多个过程流的过程蒸汽从一个或多个燃烧裂解炉下游的一个或多个过程流中提取，其中所述蒸汽随后用于加热一个或多个过程流，然后再通过一个或多个燃烧裂解炉。

32、在本发明的特别优选的实施例中，至少一部分进料预热可以在蒸汽发生装置的多流热交换器中用饱和或适度过热的高压蒸汽进行，所述至少一部分进料预热加热通过一个或多个燃烧裂解炉之前的一个或多个过程流、或者进料烃和/或用于产生一个或多个过程流的过程蒸汽、或者燃烧使用的空气。

33、在本发明的所有实施例中，给定范围内(即，在第一温度水平下)的适度过热进一步实现向过程热消耗器提供直接且灵活的热量，因为在不同温度水平的消耗器的分配可以简单地通过由炉输出的适度过热蒸汽的单相且绝热的膨胀来完成，而不需要整个蒸汽水平的减压站，特别是涉及用于减温的额外锅炉给水注入和/或传统装置中的涡轮级。在传统装置中，这些措施是必要的，因为蒸汽参数和过热蒸汽的蒸汽膨胀在很大程度上取决于由此驱动的旋转设备的蒸汽需求。

34、所述蒸汽发生装置特别地用于产生饱和蒸汽，并随后用于使饱和蒸汽适度过热。根据本发明，虽然根据本发明提供的适度蒸汽过热可以主要或全部在一个或多个对流段中进行，特别是在位于进料预热管束之间的热交换器管束中进行，但饱和蒸汽的产生也可以主要或全部在一个或多个淬火冷却机组中进行，即在一个或多个一级和/或二级淬火交换器中进行。蒸汽过热可以在一个或多个过热步骤中进行，中间可以注入或不注入锅炉给水。一定程度的锅炉给水预热可以在节能器管束和/或一个或多个二级或三级淬火交换器中进行。术语“一级”、“二级”和“三级”用于淬火交换器，主要是指淬火交换器在淬火冷却机组中的位置，而在工艺任务方面不存在固定的联系。目前现有技术的液体进料炉有两个淬火交换器，而气体进料炉通常设置三个淬火交换器。在老式炉设计中，通常会发现只有一个淬火交换器的装置。在标准炉设计中，一级交换器通常针对蒸发的锅炉给水进行冷却。二级淬火交换器可以(部分)蒸发锅炉给水或预热锅炉给水。三级淬火交换器通常会预热锅炉给水。值得注意的例外情况是，淬火热交换器用于预热进料。

35、在动态行为方面，蒸汽系统平衡和缓冲氢气或其他燃料气体消耗量的变化(详见下文)有利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。

36、如果从炉系统输出的蒸汽流仅用于向消耗器供应过程热量，则根据本发明提供的蒸汽过热水平是非常合适的。仅通过等焓膨胀就可以在不发生相变的情况下降低到散热器(即，热量“消耗器”)所需的压力水平和温度水平。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，并且优选地完全不用于汽轮机驱动器或其他旋转设备中。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。

37、特别地，对用于使一个或多个燃烧裂解炉燃烧的燃烧空气进行预热，可降低燃料气体消耗量并减少烟气排放。这被认为比使用传统过热蒸汽发电更有效，因此本发明的实施例可以使用任何合适的方法，使燃烧空气温度高于100℃，优选高于150℃，更优选高于200℃，最优选高于300℃，例如高达1000℃。这种燃烧空气预热在依赖蒸汽生产所需的大量烟气流热量的传统装置中可能不太有利。

38、在一种实施例中，燃烧空气在烟气路径外部被预热，也称为“外部”燃烧空气预热。在该实施例中，燃烧空气预热优选地通过使用在一个或多个淬火冷却机组中产生的饱和蒸汽来进行，因此也可以使用形成蒸汽发生装置的一部分的一个或多个多流热交换器中产生的饱和蒸汽。可选地，在燃烧空气预热中可以单独使用中度过热蒸汽，或者除了饱和蒸汽之外还使用中度过热蒸汽。此外，外部蒸汽也可用于燃烧空气预热过程的至少一部分，例如，所述外部蒸汽从设备的中央蒸汽联箱中的一个获得。空气预热部分的至少一部分可以被总气流的至少一部分绕过，以便在运行过程中能够改变所产生的燃烧空气的预热温度。

39、在不同的实施例中，燃烧空气在烟气路径中被预热，也称为“内部”燃烧空气预热。在该实施例中，燃烧空气预热系统可以包括一个或多个多流热交换器，其中烟气作为热介质，并且燃烧空气作为冷介质。在多步骤燃烧空气预热的情况下，还可以在两个燃烧空气预热步骤之间回收烟气中的热量以用于其他工艺目的。与在烟气路径外的(外部)燃烧空气预热一样，燃烧空气预热部分的至少一部分可以被总气流的至少一部分绕过，以便在运行过程中能够改变所产生的燃烧空气的预热温度。

40、对于内部和/或外部燃烧空气预热，可以设置通常位于燃烧空气预热部分上游的燃烧空气压缩装置，所述燃烧空气压缩装置补偿燃烧空气预热交换器的压降。辐射段的燃烧侧的压力优选地一般位于略低于大气压的范围内，如在没有空气预热的传统裂解炉中一样。因此，优选地可以在对流段出口的下游增设烟气鼓风机/压缩装置。

41、优选地，炉系统可以以能量灵活的方式被操作，即，可以以不同的总燃料气体消耗率来提供炉的给定化学生产负荷，并且特别地还涉及使用不同量的以一个或多个过程流的形式进行蒸汽裂解的气体。通过改变第一温度水平和/或蒸汽输出量(即，产生的过热高压量)，可以以为蒸汽形式的不同能量输出来平衡化学能量输入的相应差异。换言之，根据本发明的实施例在不同的操作模式下使用不同的总燃料气体消耗率，特别是以一个或多个过程流形式提供的不同气体量来操作蒸汽裂解装置。

42、根据本发明的另外的实施例，用于使一个或多个燃烧裂解炉燃烧的燃料气体可以被加热至在炉操作期间变化的温度水平。

43、用于使一个或多个燃烧裂解炉燃烧的燃料气体的氢含量优选地在0wt.-％与100wt.-％之间，更优选在20wt.-％与100wt.-％之间，最优选在50wt.-％与100wt.-％之间。在本实施例中，在氢含量较高的情况下，用于使一个或多个燃烧裂解炉燃烧的燃料气体还可以至少部分地使用在电解或氨分解单元中产生的氢来提供，该电解或氨分解单元的操作也可以是根据本发明提供的方法的一部分。

44、根据本发明，与传统的燃烧炉相比，来自所使用的系统的温室气体排放量可以减少20％至100％，优选地减少30％至100％，更优选地减少50％至100％。这里所说的传统燃烧炉在没有燃烧空气预热的情况下运行，并使用来自裂解器的冷段的尾气和输入的天然气的传统燃料混合物。

45、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。

46、在参考附图对本发明的实施例进行更具体的描述之前，将再次提及本发明和一些实施例的一些细节和概念。

47、虽然在不进行机械能回收的情况下，使输出的蒸汽膨胀可能会适得其反或效率低下，但必须考虑到与传统的燃烧炉相比，本发明所请求保护的炉的一级能量供应量大大减少，并且优选地以富含氢的馏分的有价值形式来提供。从这个意义上说，本发明为重新安排燃烧炉的能量平衡(减少蒸汽生成并增加进料预热)提供另一条途径。本发明还超越了已知的概念，严格针对炉段中的最低一级能源消耗量，并使炉的设计/操作适应高度电气化的分离机组拓扑结构。

48、事实上，提高此类炉中的蒸汽过热水平将导致总体一级能量需求增加，而这无法通过下游涡轮机中回收机械能或电力来完全补偿。考虑到非理想的过程性能，因此从系统角度(在很大程度上)和从过程/能量角度(在较小程度上)来看，使过程热量消耗装置所需的适度过热蒸汽进行绝热且等晗的膨胀更为有效。对于在燃料气体供应中带有额外损耗发生器的设备，例如，炉中燃烧的氢气至少部分地由电解单元和/或氨分解单元提供，这一点就更加适用。

49、通过限制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，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。由于蒸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。

50、在设备操作过程中，本发明可以例如改变空气预热温度，例如通过在一个或多个预热交换器周围绕过一部分燃烧空气来改变。这将影响燃料气体的消耗量和蒸汽产量，并可以用于调整设备的临时能量管理。如果炉使用的燃料气体部分来自电解器单元(或氨分解单元)，或者炉与混合设备结构中的电炉相结合，那么这一点就非常重要。还可以通过改变两个过热段之间可选的锅炉给水喷射量来调整蒸汽生产和过热。

51、一般来说，根据本发明，可以通过许多不同的方式来实现蒸汽产量的变化，例如通过改变流特性(温度、压力、流量)的设定点、通过(部分)打开/关闭旁路管线、以及通过改变设备特定的工艺参数(热负荷、工作压力)或者工艺参数的其他变化来实现。

52、此外，在根据本发明的实施例中，炉系统外部的蒸汽联箱系统中的压力水平在操作期间可以变化，以在总蒸汽量方面产生额外的缓冲容量。事实上，总储热容量由蒸汽裂解器中的蒸汽存量和相应热容量的总和得出，即，包括在不同压力水平下的炉和蒸汽消耗装置之间的所有蒸汽集联箱管线。

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、包含根据本发明特征的蒸汽裂解装置还可以包括混合系统结构中的电加热炉，该电加热炉可以根据任何可能的电加热原理来被操作，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使用感应电力传输的线圈加热。蒸汽裂解装置可以包括由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，用于供应给中压和低压的蒸汽消耗装置。选择20巴绝对压力作为中间压力水平下的露点裕度特征的下限，是为了便于限定初始蒸汽过热的曲线包络线，使得在20巴以上的所有中间压力水平或第二压力水平下，都能给出所提及的到沸点曲线的距离。在不限制本发明保护范围的情况下，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/压力的变化的固有能量存储可能性之外，本发明还可以进一步与其他专用能量存储系统(例如，潜热存储系统或类似系统)相结合。

59、本发明优选地与分离机组相结合，在分离机组中，全部或大部分可用氢气(通常为70％、75％或80％至100％)以主要由氢气组成的过程流的形式被回收，并用于炉的燃烧。

60、根据本发明的炉系统优选地用于蒸汽裂解设备或系统中，其中包括电解器单元，所述电解器单元通过电力输入产生氢，优选地通过再生方式产生氢。可选地或者另外，所述设备或系统可以具有氨分解单元，所述氨分解单元由输入的氨产生氢(后者优选地在不同位置使用可再生电力产生)。

61、本发明还包括具有进料-出料一级淬火交换器和适度蒸汽过热的实施例。