使用辅助电加热的蒸汽裂化的制作方法

本公开内容的实施方案总体涉及用于蒸汽裂化烃的方法和系统。具体地，本公开内容涉及用于裂化烃从而产生烃产物例如烯烃的蒸汽裂化方法和系统，作为通过燃烧燃料向蒸汽裂化炉提供热能补充，使用电加热装置向外部炉管道区段提供热能。

背景技术：

1、蒸汽裂化是指用于生产轻质烯烃，尤其是乙烯和丙烯的商业方法。在典型的蒸汽裂化方法中，首先在炉的对流段中将烃进料预加热并与稀释蒸汽混合。在对流段中预加热之后，将蒸气进料/稀释蒸汽混合物在辐射段中快速加热以实现烃的热裂化。在预定量的热裂化发生之后，炉流出物要么在间接热交换器中要么通过直接注射急冷油料流来快速急冷。需要大量的热能以满足对流段和辐射段中的加热，该热能常规地通过在位于炉内部的多个燃烧器处燃烧燃料例如含烃燃料来提供。烃的燃烧产生包含co2的烟道气，其通常被排放至大气中。烟道气的排放还导致一部分热能损失到大气。需要减少排放物和热能损失到大气。

2、裂化方法的幅产物包括在炉的辐射管的内表面上的碳沉积物，称作“焦炭”。取决于裂化的原料，焦炭也可以沉积在对流段中的某些管中，或炉的急冷系统中。除焦操作会影响裂化产量。需要加长两个相邻的除焦操作之间的生产操作。还需要提高炉转化率、选择性和能力。仅使用通过燃烧蒸汽裂化器燃料产生的热能用于对流段和辐射段的常规蒸汽裂化需要改进以满足这些需要中的一种或多种。

技术实现思路

1、本公开内容的第一方面涉及蒸汽裂化含烃进料的方法，该方法包括以下中的一种或多种：(i)提供包含以下中的一种或多种的蒸汽裂化炉：炉壳体，容纳在炉壳体中能够通过燃烧燃料来供应热能的多个燃烧器，位于炉壳体外部能够接收含烃进料的含烃进料入口管，位于炉壳体内部并与含烃进料入口管连接的对流段，位于炉壳体外部并与对流段的端部连接的跨接段，位于炉壳体内部并与跨接段的端部经由辐射段入口管道连接的辐射段，与辐射段连接并位于炉壳体外部的辐射段出口管道，和一个或多个能够向选自以下的外部炉管道提供热能的电加热装置：含烃进料入口管的区段，跨接段的区段，辐射段入口管道的区段，和辐射段出口管道的区段，和它们的组合；其中辐射段入口管道位于炉壳体的外部；(ii)在多个燃烧器燃烧燃料从而向辐射段和对流段提供热能；(iii)向一个或多个电加热装置中的至少一个供应电力从而向外部炉管道的区段提供热能；和(iv)在裂化模式下，将含烃进料通过含烃进料入口管和任选的水和/或蒸汽加料至蒸汽裂化炉中，在对流段中加热含烃进料和/或水/蒸汽以获得加热的进料混合物，经由跨接段和辐射段入口管道将加热的进料混合物从对流段传递至辐射段，在辐射段中裂化加热的进料混合物中的多种烃从而产生裂化的混合物，该裂化的混合物通过辐射段出口管道离开蒸汽裂化炉。

2、本公开内容的第二方面涉及蒸汽裂化含烃进料的方法，该方法包括以下中的一种或多种：(i)提供包含以下中的一种或多种的蒸汽裂化炉：炉壳体，容纳在炉壳体中能够通过燃烧燃料来供应热能的多个燃烧器，位于炉壳体外部能够接收含烃进料的含烃进料入口管，位于炉壳体内部并与含烃进料入口管连接的对流段，位于炉壳体外部并与对流段的端部连接的跨接段，位于炉壳体内部并与跨接段的端部经由辐射段入口管道连接的辐射段，与辐射段连接并位于炉壳体外部的辐射段出口管道，和一个或多个能够向选自以下的外部炉管道提供热能的电加热装置：含烃进料入口管的区段，跨接段的区段，辐射段入口管道的区段，和辐射段出口管道的区段，和它们的组合；其中辐射段入口管道位于炉壳体的外部；(ii)在多个燃烧器燃烧燃料从而向辐射段和对流段提供热能；(iii)向一个或多个电加热装置中的至少一个供应电力从而向外部炉管道的区段提供热能；和(viii)在除焦模式下，将除焦流体加料至辐射段中；其中步骤(iii)包括向能够向辐射段入口管道的区段提供热能的至少一个电加热装置供应电力。

3、本公开内容的公开的设备的这些和其他特征和属性和它们的有利应用和/或用途将从以下详细描述显而易见。

4、附图的简要说明

5、为了可详细地理解本公开内容的上述特征的方式，可以通过参考实施方案获得上面简要概述的公开内容的更具体的描述，其中一些实施方案在附图中示出。然而，应注意附图仅说明示例性实施方案并因此不认为是限制它的范围，可以承认其他同等有效的实施方案。

6、图1是按照一些实施方案，本公开内容的蒸汽裂化炉的示意说明，其包含一个或多个与外部炉管道(一个或多个)的一个或多个区段连接的电加热装置。

7、图2是按照本公开内容的一些实施方案，与蒸汽裂化炉的外部炉管道的区段连接的绝缘电加热装置的横截面端示图的示意说明。

8、为了促进理解，在可能的情况下使用了同样的附图标记以表示附图中共同的同样要素。涵盖了可以将一个实施方案的要素和特征有益地并入其他实施方案中而不需另外记载。

9、详述

10、蒸汽裂化炉性能会受炉的辐射管内部焦炭的积累限制。焦炭起到绝热体的作用，随运行进展导致辐射管金属温度(tmt)提高。一旦tmt趋近或达到设计极限，则炉需要除焦。

11、管内部的焦炭也引起液压限制和较高的盘管压降。当压降变得足够高时，产生的较高的背压在位于辐射段入口处的流动喷嘴处引起临界流量损失。一旦对于特定管而言临界流量损失，通过该管的流速将降低，这导致较高的焦化速率，其进一步加重液压限制。这个循环快速继续并将需要除焦操作。

12、降低辐射管金属温度通常对产量和生产有影响。降低辐射tmt的一种方法是升高炉对流段的工艺负荷，使得对于给定的加料速率、蒸汽与烃比率和转化率而言所需要的辐射负荷较低。升高对流段的负荷使离开对流段的工艺气体的温度升高。离开对流段的工艺气体的温度被称作横跨温度(cross-over temperature，“xot”，为了不与行业中表示辐射盘管出口温度“cot”使用的术语混淆)。

13、在一些蒸汽裂化操作中，据信应限制对流段中的温度，使得其中不发生任何明显的热裂化。这种看法基于认定的缺点：(1)对流段或跨接管道中的热裂化对于某些产物例如乙烯没有足够选择性，和(2)它将在对流段管内部引起焦化。已经发现升高xot，使得一定量的热裂化发生在对流段和跨接管道中降低辐射段tmt，减少或消除对流段管内部焦化和产物选择性降低的缺点。对于某些固定条件例如进料速率、蒸汽与烃比率、转化率等，使用高的xot以增加除焦操作之间的时间。在一些方面，可进一步改进某些条件，例如提高进料速率和/或转化率同时维持类似的tmt和/或炉运行长度。

14、对于现有的蒸汽裂化器，在没有改变炉设计的情况下，在没有增加向环境的排放的情况下，并且同时考虑到不同操作模式例如裂化模式和除焦模式的操作条件的情况下，提高横跨特定操作模式的xot会是困难的。

15、图1示意说明裂化模式下蒸汽裂化炉101操作。炉101包括：炉壳体103，容纳在炉壳体中能够通过燃烧燃料来供应热能的多个燃烧器102，位于炉壳体103外部能够接收含烃进料的含烃进料入口管105，位于炉壳体103内部并与含烃进料入口管105的端部连接的对流段109(包括段109a和109b)，位于炉壳体外部并与对流段109的端部111连接的跨接段115，位于炉壳体内部并与跨接段115的端部119经由辐射段入口管道120连接的辐射段104(包括多个辐射管104a、104b、…)，与辐射段104连接并位于炉壳体103外部的辐射段出口管道131，和一个或多个能够向选自以下的外部炉管道提供热能的电加热装置106、113、117、118、123、127和133：含烃进料入口管105的区段，跨接段115的区段，辐射段入口管道120的区段，和辐射段出口管道131的区段，和它们的组合；其中辐射段入口管道120位于炉壳体103的外部。将燃料供应至多个燃烧器102，其中燃烧燃料从而向辐射段104和对流段109提供热能。将电力供应至一个或多个电加热装置106、113、117、118、123、127和133中的至少一个从而向外部炉管道提供热能。在蒸汽裂化炉的裂化模式期间，将通过含烃进料入口管105的含烃进料和通过入口管107的任选的水和/或蒸汽供应至蒸汽裂化炉中，其在对流段中首先被加热从而获得加热的进料混合物。来自对流段的加热的进料混合物然后经由跨接段115和辐射段入口管道120供应至辐射段104。在辐射段104内部，加热的进料混合物中多种烃经历裂化反应从而产生裂化的混合物，该裂化的混合物通过辐射段出口管道131离开蒸汽裂化炉。含烃进料可包括含碳材料例如乙烷、丙烷、丁烷、石脑油、瓦斯油、原油、或它们的组合(一种或多种)。

16、i.电加热含烃进料管的区段

17、在一些实施方案中，含烃进料入口管105设置在炉壳体103外部，并且通过电加热装置106电加热它的区段。如此加热的入口管在其中的含烃进料进入炉壳体103中的管的对流段之前将它加热。在不期望向进料入口管107电加热的某些情况下，可以不安装或关掉电加热装置106。期望地，电加热装置106的加热功率是可控制和可调节的以适合不同操作时段时各种含烃进料的需要。由于装置106提供的电加热，入口管105中的含烃进料流可具有从例如1、2、4、5、6、8、10、至15、20、25、30、40、45、50、至55、60、65、70、75、80、85、90、95、至100、120、130、140、150、至160、170、180、190、200℃的横跨通过装置106加热的区段的温度提高。优选地，向装置106供应的电力的至少一部分由可再生来源例如风轮机驱动发电机或太阳能电池、或它们的组合产生。使用电加热装置106加热管105中的含烃进料流可降低炉中燃烧器102需要的热负荷，由此缩减蒸汽裂化器中消耗的基于烃的燃料量。

18、在对流段109的上部段109a中，通过例如由燃烧器102处蒸汽裂化器燃料的燃烧产生的烟道气来加热含烃进料流。经由蒸汽入口管109将稀释剂蒸汽料流加料至对流段109的下部109b，从而与含烃进料混合以形成烃/蒸汽进料流。组合的烃/蒸汽进料流沿着对流段109向下移动并通过由燃烧器102处燃烧产生的烟道气进一步加热。对流段109的端部111，通常位于炉壳体103的外部，与通常位于炉壳体103的外部的跨接段115的端部连接。

19、可以将对流段109内部流体料流的温度控制在低于烃裂化的反应温度的温度下以降低对流段内的裂化程度。供选择地，可以将对流段109，尤其是其靠近端部111的下游部分中的温度控制在足够高的水平从而允许其中发生显著的裂化，如美国专利号10,315,968中所述。可通过使用电加热装置106有利地控制/调节对流段中流体的温度。通过使用电加热装置106来加热供应至入口管105的含烃进料，人们可在有或没有调节燃烧器102的热能输出的情况下实现在对流段的端部111处流体的期望温度。使用电加热装置106加热管105中的含烃进料流可降低炉中燃烧器102需要的热负荷，由此缩减蒸汽裂化器中消耗的基于烃的燃料量，并减少来自离开炉顶部的增加数量的烟道气的能量损失。在没有使用电加热装置的情况下，为了提高对流段109中流体的温度，人们将不得不提高燃烧器102的热能输出，这可导致辐射段104中下游管104a和104b的较高温度，从而引起不期望的高焦化速率和降低的辐射管运行长度。

20、ii.电加热跨接段的区段

21、作为以上第i部分中描述的电加热含烃进料管道的补充和/或替代，可以使用电加热来加热跨接段管道的区段。如所示，在一些实施方案中，一个或多个电加热装置(例如113、117和118)与跨接段115的一个或多个区段连接，从而如果向其供应电力则能够向(一个或多个)区段提供热能。在一些实施方案中，电加热装置120与靠近端部111的跨接段113的区段连接，和/或电加热装置117与中间的跨接段113的区段连接，和/或电加热装置118与靠近端部119的跨接段113的区段连接。通过向其供应电力，操作电加热装置113和/或117和/或118中任何能够单独且独立地使跨接段的连接段中每个的温度升高tb℃，其中tb可范围从例如0、2、4、5、6、8、10、至20、30、40、50、60、至70、80、90、100、至110、120、130、140、150、至160、170、180、190或200，取决于例如对流段端部处含烃进料/蒸汽混合物的初始温度、可以在跨接段中发生的期望的裂化程度和用于跨接段的金属的冶金学。在一些实施方案中，一种或多种电加热装置可以是连接的并能够向跨接段115的总长度的例如从10％、20％、30％、40％、至50％、60％、70％、80％、至90％、95％、或甚至100％提供热能。

22、在不存在向跨接段115提供的主动加热的情况下，跨接段115内部流体料流的温度将从端部111至端部119降低。在向一个或多个区段通过电加热装置113和/或117和/或118提供主动加热的情况下，跨接段内部流体料流可从端部111至端部119提高tc℃，其中tc可范围从例如0、2、4、5、6、8、10、至20、30、40、50、60、至70、80、90、100、至110、120、130、140、150、至160、170、180、190、或200。由于通过加热装置113和/或117和/或118中的一个或多个的主动加热，跨接段115中的流体的温度可以达到这样的水平，使得可以在跨接段发生烃的显著的裂化，即使这样的裂化在上游端111可以是可忽略的。期望地，与跨接段115的各个区段连接的电加热装置中的至少一个，优选全部是可控制且可调节的，优选单个且单独地可控制且可调节的，从而提供跨接段115的热能输出的各个水平。可以安装一个或多个温度监控装置(例如热电偶)以监控各个位置的跨接段的温度和/或各个位置跨接段内部流体的温度。可以有利地使用测量的温度(一个或多个)来控制与跨接段的各个区段连接的电加热装置中的一个或多个的加热功率输出，使得可控制和调节各个位置跨接段内部流体的期望温度。优选地，向装置113和/或117和/或118供应的电力的至少一部分由可再生来源例如风轮机驱动发电机或太阳能电池、或它们的组合产生。使用电加热装置113和/或117和/或119加热跨接段115中的含烃进料流可降低炉中燃烧器102需要的热负荷，由此缩减蒸汽裂化器中消耗的基于烃的燃料量，并因此减少co2排放至大气的量。

23、典型蒸汽裂化器的设置描述于us10,316,968b2。对流段的端部与蒸汽裂化管的跨接段111的起点连接，其中的流体料流具有温度为t1℃。跨接段通常位于炉壁外部以避免加热烃和蒸汽混合物至可过早发生实质的裂化的过高温度。在跨接段119的端部，获得t2℃的第二流体料流。将跨接段隔热以防止在有或没有主动加热的情况下过度热损失。在没有应用主动加热的情况下，由于热损失和/或如果t1足够高时发生的吸热裂化反应所致，t2通常比t1稍低。

24、通过用电加热装置升高跨接段内部流体温度，可实现以下：(a)通过升高进料速率和/或转化率同时维持类似的tmt和/或炉运行长度从而在恒定排放限制下提高炉能力；或(b)通过降低辐射段中需要的负荷同时维持类似的tmt和/或炉运行长度从而维持现有的炉能力和降低现场炉排放。使用电加热装置的跨接段的主动加热可导致t2>t1。在这种情况下，可以独立于炉点火升高或降低盘管入口温度。这允许独立于炉设计或配置来实现xot的提高。

25、使用电加热装置来加热跨接段的一个或多个区段改变常规蒸汽裂化器的热平衡。在没有使用电加热的常规蒸汽裂化器中，辐射段和对流段是热集成的。因此，横跨温度取决于通过对流段的流量和进入对流段的辐射段中的烟道气条件。通过向未点火的跨接管道施加电源，这种热平衡部分断开联系。这具有以下优势：(a)人们可通过提高或降低施加的电热量独立于辐射段和对流段条件(流速、炉点火等)提高或降低xot；(b)使来自电加热的排放源独立于炉操作，从而能够使用降低排放源或非局部低排放源来供应电加热；(c)使单次跨接通过温度的独立精确控制能够适合单次炉通过或不同炉操作模式期间的需要。

26、单次炉通过控制在某些炉操作期间可以是有利的。这可以包括不可通过单一炉设计实现的特定的横跨温度目标的情况。在这些情况下，可以期望的是在除焦、进料操作或进料间改变的期间将热平衡改变为跨接(通过用电能补充)。另外，如果在特定操作模式期间期望特定的温度目标，则可以施加或去除热，使得每次跨接通过可精确地实现温度目标。这可以通过由获取t1和t2之间的温差来监控跨接管线的热输入来进行。以这种方式，可以对每个单次跨接通过实现t2的特定值。

27、ii.电加热辐射段入口管道的区段

28、作为以上第i和ii部分中描述的电加热含烃进料管道和跨接段管道的补充和/或替代，可以使用电加热来加热跨接段管道的区段。在跨接管道端部，在进入辐射燃烧室前，许多炉具有从燃烧室伸出的小段辐射管。与跨接段类似，可通过使用电加热来加热这些段以实现类似益处。此外，利用能够使不同电流输入到每个管的电控制，可调节每个管的电加热，以提供每个管中相同的盘管出口温度或相同的转化率或相同的焦化，其中仅基于盘管出口温度或优选逐管(tube-by-tube)测量能力进行调节，如专利申请wo201913325a1中所述。

29、如图1中所示，辐射段104包括多个辐射管(104a、104b、…)。辐射段104与跨接段113的端部119经由辐射段入口管道120连接，辐射段入口管道120可包括与跨接段119的端部119连接的连接管、一个或多个歧管和与多个辐射管104a和104b的端部连接的多个连接管，如图1中所示。可以安装一个或多个电加热装置(例如,如所示的123和127)从而向辐射段入口管道的一个或多个位置提供热能。例如，可以将电加热装置与辐射段入口管道的歧管连接并操作从而向其提供热能，由此加热歧管内部流体，随后将所述流体分配至全部辐射管。在优选实施方案中，可以安装单独的电加热装置(例如，如所示的123和127)并可操作从而向与单个辐射管连接的单独的连接管，或向单独辐射管的入口端提供热能，使得可单个且单独地加热进入单个辐射管的流体。期望地，与辐射段入口管道的各个区段连接的电加热装置中的至少一个，优选全部是可控制且可调节的，优选单独且单个地可控制且可调节的，从而提供各种水平的热能输出。可以安装一个或多个温度监控装置(例如热电偶)以监控各个位置的辐射入口管道的温度和/或各个位置辐射段入口管道内部流体的温度。可以有利地使用测量的温度(一个或多个)来控制与辐射段入口管道的各个区段连接的电加热装置中的一个或多个的加热功率输出，使得可控制和调节各个位置辐射段入口管道内部流体的期望温度和进入单个辐射管的流体料流的期望温度。由于通过电加热装置释放的热能，通过电加热装置(例如123和/或127)加热的辐射段入口管道的区段的温度可升高td℃。取决于例如含烃进料的类型和跨接段115的端部119处流体的温度，td可范围从例如1、2、4、5、6、8、10、至15、20、25、30、40、45、50、至55、60、65、70、75、80、至85、90、95、100、110、120、至130、140、150、160、170、180、190、200。由于装置123或127提供的电加热，辐射段入口管道中的流体料流可具有从例如1、2、4、5、6、8、10、至15、20、25、30、40、45、50、至55、60、65、70、75、至80、85、90、95、100℃的横跨通过装置加热的区段的温度提高。优选地，向装置123和/或127供应的电力的至少一部分由可再生来源例如风轮机驱动发电机或太阳能电池、或它们的组合产生。

30、优选地，向装置123和/或127供应的电力的至少一部分由可再生来源例如风轮机驱动发电机或太阳能电池、或它们的组合产生。作为单个和/或单独地控制和/或调节辐射管内部温度补充，使用电加热装置123和/或127加热辐射段入口管道120中的含烃进料流可降低炉中燃烧器102需要的热负荷，由此缩减蒸汽裂化器中消耗的基于烃的燃料量。

31、通常通过由多个燃烧器102产生的一系列燃烧火焰释放的热能来加热辐射段104中的辐射管104a、104b、…。取决于辐射管和燃烧器的位置，可以通过多个辐射管从火焰接收不均匀量的热能，导致辐射管间温度变化，并且由此烃转化率的变化和由此焦化速率的变化。通过向辐射段入口管道种与辐射管的连接管提供单独的电加热，人们可调节辐射管内部温度以在它们中实现期望的温度、期望的烃转化率和期望的焦化速率，从而有效补充由火焰提供的加热的变化。由此可实现蒸汽裂化方法的更好的控制。

32、iv.电加热辐射段出口管道的区段

33、作为以上第i、ii和iii部分中描述的电加热含烃进料管道、跨接段管道和辐射段入口管道的补充和/或替代，可以向辐射段出口管道提供电加热。

34、在没有电加热的常规蒸汽裂化器中，当裂化的流体混合物离开辐射段盘管时，它进入小段未点火的出口管道。裂化的流体混合物料流继续行进至急冷交换器，在其中其被快速冷却并随后分离从而获得期望的产物馏分。该流出物在温度t3下(常称作盘管出口温度(cot))离开辐射燃烧室。在未点火的出口管道中短暂的停留时间之后，它进入t4下(称作急冷入口温度)的急冷交换器。

35、行业中已知的是应最小化这种未点火的辐射出口的长度。理想地，应立即急冷和冷却离开辐射燃烧室的裂化的流体混合物，这由于这样大设备典型布局和所需的间隔而不实际。因此，在这部分未点火的管道中最小化裂化的流体混合物的停留时间。然而，由于物理限制，并取决于这样的炉的布局，这不可降低至零停留时间。如果停留时间未最小化，则在未点火的出口管道中发生次级反应，这限制或降低裂化的流体混合物对期望产物的选择性。即使在辐射出口管道的最小化长度里，在这个区域中也发生一些非选择性的反应。较旧的炉设计可能已经被设计为比它们的较新的对应物具有更低的选择性。因此，引入以低成本提高它们的选择性的选项是有益的。未点火管道的这段通常被高度隔热以维持温度，并且被认为绝大部分是绝热的。然而，由于裂化反应的吸热属性发生，和由尽管该管道段高度绝热但仍有热损失所致，裂化的流体混合物在比它离开炉燃烧室更低的温度下进入急冷交换器。因此，t4通常比t3稍低。

36、通过电加热未点火的出口管道，可最小化这个区域中非选择性裂化的损失。向未点火的管道这样引入热可实现电加热跨接段的类似效果，虽然在某种程度上在管金属温度上实现相反效果。提高选择性允许辐射室内部炉能力提高。通过采用(i)如第ii部分中所述电加热跨接段和/或如以上第iii部分中所述电加热辐射段入口管道；和(ii)电加热辐射段出口管道，(ii)可以提供提高的期望收率，代价为提高的管金属温度，这可以被由(i)产生的管金属温度的降低所抵消。

37、在辐射段管内部，将流体加热至高温以经历裂化反应，产生蒸汽裂化器流出物料流，该料流离开辐射段管。辐射段管在其下游端与辐射段出口管道131连接，其还可包括在入口端与多个辐射管的端部和在出口端与传递管线管135连接的歧管。传递管线135与传递管线热交换器/急冷装置137连接，在其中快速急冷离开管线135的流体。将包含烯烃的蒸汽裂化器流出物料流通过管135排放，可以将其在下游急冷/冷却至较低温度。在一些实施方案中，可以期望的是安装与辐射段出口管道的区段(例如传递管线管135的区段，如所示)连接的电加热装置133，其能够向其中的蒸汽裂化器流出物提供额外的热能，从而实现辐射段出口管道中额外的期望裂化。由于通过电加热装置133释放的热能，通过电加热装置133加热的辐射段出口管道的区段的温度可升高te℃。取决于例如含烃进料的类型和立即离开炉壳体103的蒸汽裂化器流出物的温度，te可范围从例如1、2、4、5、6、8、10、至15、20、25、30、40、45、50、至55、60、65、70、75、80、85、90、95、至100、110、120、130、140、150、至160、170、180、190、200。期望地，电加热装置133的加热功率是可控制和可调节的以适合不同操作时段时各种含烃进料的需要。由于装置133提供的电加热，辐射段出口管道中的含烃进料流可具有从例如1、2、4、5、6、8、10、至15、20、25、30、40、45、50、至55、60、65、70、75、至80、85、90、95、100、至110、120、130、140、150℃的横跨通过装置133加热的区段的温度提高。在加热的区段是如所示的传递管线管135的区段的情况下，加热的区段可构成传递管线管135的长度的从例如10％、20％、30％、40％、50％、至60％、70％、80％、90％、95％、或甚至100％。优选地，向装置133供应的电力的至少一部分由可再生来源例如风轮机驱动发电机或太阳能电池、或它们的组合产生。使用电加热装置133加热辐射段出口管道可降低炉中燃烧器102需要的热负荷，由此缩减蒸汽裂化器中消耗的基于烃的燃料量。

38、在没有向辐射出口管道提供主动加热的情况下，管道内部流体的温度由于额外的反应沿着路径降低。不意图受特定理论束缚，据信随着流体的温度降低，不期望的副反应增加，导致对期望产物例如乙烯的选择性降低。出于这个原因，在没有向辐射出口管道提供主动加热的常规蒸汽裂化器中，通常立即急冷蒸汽裂化器流出物以减少辐射出口管道中的不期望的副反应。在其中使用电加热装置133来加热辐射出口管道的区段的本公开内容的方法的实施方案中，辐射出口管道内部的流体可维持在期望的高温下直至它到达传递管线热交换器/急冷装置137，从而能够继续管线135中的期望裂化反应和减少本会在较低温度下发生的不期望的副反应，由此实现对高价值产物例如乙烯的期望选择性。在装置137中冷却/急冷时，可分离离开装置的冷却的蒸汽裂化器流出物以回收产物例如乙烯、丙烯、c4烯烃、c4二烯、石脑油等。

39、本公开内容的方法中使用的电加热装置中的一个或多个(例如113、117、118、123、127、133，如所示)可包括与外部炉管道分开并电绝缘的电阻器。电阻器能够接收至少一部分的电力从而通过电阻加热产生热能，该热能然后传递至外部炉管道的区段。电阻器可采用例如金属丝的形式。在一些实施方案中，电加热装置中的一个或多个可包括一部分的外部管道(其由金属材料例如不锈钢制成)，可将至少一部分的电力供应至外部炉管道的区段从而产生流过外部炉管道的电流以向外部炉管道提供热能。在一些实施方案中，电加热装置中的至少一个能够通过感应加热，例如通过在外部炉管道中感应电流向外部炉管道提供热能。在一些实施方案中，电加热装置中的至少一个通过辐射加热向外部炉管道的区段提供热能。在优选实施方案中，电加热装置中的一个或多个可采用至少部分围住外部炉管道的加热护套的形式。可以通过绝热体层来进一步覆盖电加热装置以防止热损失并升高总效率。

40、在优选实施方案中，供应电加热装置中的至少一个的电加热功率是可调节和/或可控制的。在一些实施方案中，温度监控装置与外部炉管道连接并能够确定外部炉管道的温度。可以使用控制器来基于通过温度监控装置确定的外部炉管道的温度来控制/调节电加热装置中的至少一个的加热功率。例如，外部炉管道的温度可以维持在从t(目标)–15℃至t(目标)+15℃、或t(目标)–10℃至t(目标)+10℃、或t(目标)–5℃至t(目标)+5℃范围内，其中t(目标)是外部炉管道的预定目标温度。

41、图2示意说明在本公开内容的各种实施方案中与电加热装置连接的外部管道的区段的横截端视图201。如所示，外部炉管道的区段203被有利地采用护套形式的电加热装置205包围。电加热装置203可包括由具有给定电阻的导电材料制成的电阻加热元件(未示出)。在向电加热元件供应有电力时，电流穿过电加热元件，由此产生热能。电加热装置还可包括设置在电加热元件和管道203(其通常由金属制成)的外表面之间的电绝缘体(未示出)。通过电加热元件产生的热能可通过电绝缘体传递至管道203。如此加热的管道的区段可加热穿过该区段的流体。还可通过热绝缘体层207包围电加热装置205来防止热损失到环境。

42、在供选择的实施方案中，电加热装置205可以包括包含电线圈的感应加热装置(未示出)。在向电线圈供应交流的电力时，可围绕管道203产生交流的电磁场，由此感应流过金属管道203的电流，产生热能并加热管道203。如此加热的管道203可加热穿过该区段的流体。还可通过热绝缘体层207包围电加热装置205来防止热损失到环境。

43、在另一些实施方案中，可横跨至少一部分的区段203直接施加电压以产生穿过该区段的电流，由此加热该区段，作为使用电阻加热装置或感应加热装置间接电加热的补充或替代。同样，可以通过热绝缘体层围绕管道的区段203来防止热损失到环境。

44、在裂化模式下，焦炭可以在对流段、跨接段和辐射段中形成。焦炭包括具有比烃进料材料高得多沸腾温度的烃并沉积在反应器管的内表面上。焦炭层的积累随着时间降低从管壁至其中流体料流的传热，提高从管盘管的入口至出口的压降，并通过管材料的碳化导致反应器壁腐蚀。为了抵消由焦炭沉积产生的传热降低，可应用较高的管外壁温度，这会提高焦炭累积。设计蒸汽裂化炉来操作最大压降和最大管壁温度。当达到任一极限时，反应器可在除焦模式下运行以至少部分去除焦炭。期望的是减少焦炭形成和沉积以便延长正常操作的运行长度和最小化除焦频率。

45、反应器的正常操作期间降低辐射段外壁温度有利于减少焦炭形成，然而，抑制辐射段中脂族烃的转化(由于反应的高度吸热属性)，和辐射段中对期望的产物尤其是烯烃的选择性。可通过提高至少一部分的外表面管道例如跨接段和辐射段入口管道中流体料流的温度来提高转化率和选择性，使得在辐射段之前发生显著水平的热裂化反应，从而能够降低辐射管的温度，而没有牺牲对期望产物的选择性和总转化率。

46、如本文使用的，术语“除焦间隔”是指炉的两个相邻的除焦期之间的蒸汽裂化炉的操作的运行长度。通过使用电加热装置(一个或多个)来加热外表面管道，与没有使用电加热装置来加热任何外部炉管道的常规方法相比，蒸汽裂化炉的除焦间隔可延长例如从1％、2％、3％、4％、5％、至6％、7％、8％、9％、10％、至20％、30％、40％、50％、至60％、70％、80％、90％、或100％。

47、本公开内容的方法还可包括在除焦模式下操作蒸汽裂化器炉，其中将除焦流体加料至辐射段中。除焦模式可包括在线除焦操作或离线除焦操作。在除焦模式下，可向至少一个能够向辐射段入口管道的区段例如辐射段入口管道的多个区段提供热能的电加热装置供应电力，由此提高穿过经受焦炭去除的辐射管的流体的温度并促进除焦模式下焦炭去除。在优选实施方案中，安装多个单独可控制和可调节的电加热装置(例如123和127)从而向与单独的辐射管(104a、104b、…)连接的辐射入口管道的多个区段120提供加热功率，如以上描述并在图1中说明的。辐射管可以在除焦模式开始时具有不同程度的焦化。在这样的情况下，可以通过与辐射入口管道的与具有更高程度焦化的辐射管连接的区段连接的电加热装置来供应更多加热功率，优先升高该具有更高程度焦化的辐射管中的流体的温度，从而实现在该辐射管中更快的除焦速率。

48、本文公开的使用电加热作为燃料燃烧补充的蒸汽裂化可减少燃烧器处燃烧的烟道气的量，由此减少本会排放至环境的含co2烟道气的量。炉中各个区段中流体的温度控制能够使用电加热装置实现而不需要调节燃烧器的能量输出。可通过在外部炉管道的一个或多个位置连接电加热器装置来提高现有的炉的能力。对于受风机能力、烟道气侧排放的环境许可限制的蒸汽裂化器炉，或在期望现场的某一装置用来自较低排放源的电力补充装置能力的情况下，本发明特别有利。

49、已经提出蒸汽裂化炉的完全电气化，即，使用电力作为唯一能量来源而没有使用烟道气提供含烃进料的蒸汽裂化需要的热能来操作蒸汽裂化炉。这样的提议具有以下改变，举几个来说：(i)发展电技术以加热辐射段流出物至蒸汽裂化需要的高温，从而使用这样的电技术改造现有的蒸汽裂化炉；(ii)化学品的每单位生产的成本的经济性必须等于或优于现有的燃料燃烧技术；(iii)商业蒸汽裂化炉需要的功率容量的量必须在全球可再生能量供应中可得从而真正减少排放。

50、要克服的最大困难是商业电蒸汽裂化需要的功率量和建造设施以提供这样功率的成本之间的关系。基于当今技术，与其竞争者相比，建造电力设施和世界规模的乙烯设施需要的资金量可能会极高。比较需要的功率输入，最终用户会需要建造几乎权尺寸的天然气发电厂或从其获得电力。仅辐射段中所需的负荷就接近在美国计划建设的平均水平发电厂的8个辐射炉的负荷。

51、需要的是在不提高温室气体排放的情况下提高蒸汽裂化炉能力的手段。本公开内容的方法可以更快的时间线部署，从而允许使用电力来提高蒸汽裂化能力，所述电力可以从可得的可再生来源获得。本公开内容的方法可常规地改造至现有的常规蒸汽裂化炉中以实现如以上描述非常多的益处而没有带来高昂的成本。

52、含烃进料

53、本公开内容的方法可用于转化各种类型的含烃进料，例如使富含脂族烃的那些转化成富含烯烃的轻质烃。在一些实施方案中，加料至炉中的含烃进料可含有乙烷作为主要组分。例如，含烃进料可含有约50重量％-约100重量％的乙烷，例如约55重量％至约99重量％、例如约60重量％至约90重量％、例如约70重量％至约85重量％、例如约75重量％至约80重量％，基于含烃进料的总重量。

54、在一些实施方案中，加料至炉中的含烃进料可含有石脑油作为主要组分。如本文使用的，“石脑油”意为c5-c10脂族烃的混合物。例如，含烃进料可含有约50重量％-约100重量％的石脑油，例如约55重量％至约99重量％、例如约60重量％至约90重量％、例如约70重量％至约85重量％、例如约75重量％至约80重量％，基于含烃进料的总重量。

55、在一些实施方案中，加料至炉中的含烃进料可含有瓦斯油。如本文使用的，“瓦斯油”是指c10-c20烃的混合物。瓦斯油可含有至少50重量％的c10-c20烷烃。在一些实施方案中，新鲜含烃进料可含有约50重量％-约100重量％的瓦斯油，例如约55重量％至约99重量％、例如约60重量％至约90重量％、例如约70重量％至约85重量％、例如约75重量％至约80重量％，基于含烃进料的总重量。

56、蒸汽裂化条件

57、选择裂化条件以有利于进料材料中脂族烃分子的热裂解，从而在裂化的流体混合物中产生更小的不饱和烃分子和氢。不饱和的烃被进一步加工成其他最终产物例如聚合物。用于不同含烃进料的优选蒸汽裂化条件描述于美国专利号10,315,968b2，其相关内容通过引用并入本文。

58、实施方案列表

59、本公开内容还可包括以下非限制性方面和/或实施方案：

60、a1.蒸汽裂化方法，包括：

61、(i)提供蒸汽裂化炉，其包含炉壳体，容纳在炉壳体中能够通过燃烧燃料来供应热能的多个燃烧器，位于炉壳体外部能够接收含烃进料的含烃进料入口管，位于炉壳体内部并与含烃进料入口管连接的对流段，位于炉壳体外部并与对流段的端部连接的跨接段，位于炉壳体内部并与跨接段的端部经由辐射段入口管道连接的辐射段，与辐射段连接并位于炉壳体外部的辐射段出口管道，和一个或多个能够向选自以下的外部炉管道提供热能的电加热装置：含烃进料入口管的区段，跨接段的区段，辐射段入口管道的区段，和辐射段出口管道的区段，和它们的组合；其中辐射段入口管道位于炉壳体的外部；

62、(ii)在多个燃烧器燃烧燃料从而向辐射段和对流段提供热能；

63、(iii)向一个或多个电加热装置中的至少一个供应电力从而向外部炉管道提供热能；和

64、(iv)在裂化模式下，将含烃进料通过含烃进料入口管和任选的水和/或蒸汽加料至蒸汽裂化炉中，在对流段中加热含烃进料和/或水/蒸汽以获得加热的进料混合物，经由跨接段和辐射段入口管道将加热的进料混合物从对流段传递至辐射段，在辐射段中裂化加热的进料混合物中的多种烃从而产生裂化的混合物，该裂化的混合物通过辐射段出口管道离开蒸汽裂化炉。

65、a2.a1的方法，其中在步骤(iii)中，通过由一个或多个电加热装置中的至少一个提供的热能使外部炉管道的区段的温度升高δt℃，其中δt范围为10℃-200℃。

66、a3.a1或a2的方法，其中一个或多个电加热装置中的至少一个，优选全部，包含与外部炉管道分开的电阻器，并且电阻器接收至少一部分的电力并通过电阻加热提供传递至外部炉管道的热能。

67、a4.a3的方法，其中电阻器与外部炉管道电绝缘。

68、a5.a1至a4中任一项的方法，其中一个或多个电加热装置中的至少一个包含一部分的外部炉管道，将至少一部分的电力供应至外部炉管道的区段，以产生流过外部炉管道的电流从而在外部炉管道中产生热能。

69、a6.a1至a5中任一项的方法，其中一个或多个电加热装置中的至少一个通过感应加热向外部炉管道提供热能。

70、a7.a5的方法，其中感应加热至少部分通过在外部炉管道中感应电流得以实现。

71、a8.a1至a7中任一项的方法，其中一个或多个电加热装置中的至少一个通过辐射加热提供热能。

72、a9.a1至a8中任一项的方法，其中一个或多个电加热装置中的至少一个，优选全部，采用至少部分围住外部炉管道的加热护套的形式。

73、a10.a1至a9中任一项的方法，还包括：

74、(v)调节一个或多个电加热装置中的至少一个的电加热功率以调节外部炉管道的温度。

75、a11.a1至a10中任一项的方法，还包括：

76、(vi)监控外部炉管道的温度；和

77、(vii)在步骤(iii)和(iv)和任选(v)中，维持外部炉管道的温度在从t(目标)–25°f至t(目标)+25°f范围内，其中t(目标)是外部炉管道的预定目标温度。

78、a12.a1至a11中任一项的方法，其中一个或多个电加热装置包括至少一个向跨接段的区段提供热能的电加热装置。

79、a13.a12的方法，其中一个或多个电加热装置包括能够单独供应有电力并能够向跨接段的多个区段单独提供热能的多个电加热装置。

80、a14.a12或a13的方法，还包括控制和调节至少一个电加热装置的电加热功率以控制和/或调节跨接段的温度。

81、a15.a12至a14中任一项的方法，其中通过由一个或多个电加热装置加热的跨接段的区段来加热穿过跨接段的含烃流体，并且含烃进料在跨接段中经历实质的裂化。

82、a16.a15的方法，其中含烃流体在跨接段开始时具有的温度使得在跨接段开始时没有实质的烃裂化发生。

83、a17.a15或a16的方法，其中含烃流体在跨接段开始时具有温度t1，含烃流体在跨接段结束时具有温度t2，并且0℃<t2–t1≤200℃。

84、a18.a10至a16中任一项的方法，其中与对比方法相比由多个燃烧器供应的热能减少，该对比方法在相同蒸汽裂化炉中进行，在步骤(iv)中含烃进料中的主要的烃的转化率相同，但没有向能够向跨接段提供热的电加热装置供应电力。

85、a19.a18的方法，其中辐射段中流体的温度比对比方法中更低。

86、a20.a1至a19中任一项的方法，其中一个或多个电加热装置包括向辐射段入口管道的区段提供热能的电加热装置。

87、a21.a20的方法，其中一个或多个电加热装置包括能够单独供应有电力并能够向辐射段入口管道的多个区段单独提供热能的多个电加热装置。

88、a22.a21的方法，其中辐射段包含与辐射段入口管道的多个区段单独连接的多个辐射管，并且方法还包括单独地控制和/或调节多个电加热装置的电加热功率以单独地控制和/或调节辐射段入口管道的多个区段的温度，由此单独地控制和/或调节多个辐射管的温度。

89、a23.a1至a22中任一项的方法，其中一个或多个电加热装置包括向辐射段出口管道的区段提供热能的电加热装置。

90、a24.a23的方法，其中一个或多个电加热装置包括能够单独供应有电力并能够向辐射段出口管道的多个区段单独提供热能的多个电加热装置。

91、a25.a23或a24的方法，其中辐射段包含与辐射段出口管道的多个区段单独连接的多个辐射管，并且方法还包括单独地控制和/或调节多个电加热装置的电加热功率以单独地控制和/或调节辐射段出口管道的多个区段的温度。

92、a26.a1至a25中任一项的方法，其中辐射段出口管道包含在它的端部与传递管线热交换器和/或急冷装置连接的传递管线管区段，和一个或多个电加热装置包括能够供应有电力并能够向传递管线管区段提供热能的电加热装置。

93、a27.a26的方法，其中穿过传递管线管区段的流体料流维持在从t(cot)–25°f至t(cot)+25°f范围内，其中t(cot)是预定温度。

94、a28.a26的方法，其中穿过传递管线管区段的流体料流具有的温度比对比方法高15℃-200℃，该对比方法与所述方法的区别仅在于未向一个或多个能够向辐射段出口管道和传递管线管提供热能的电加热装置供应电力。

95、a29.a1至a28中任一项的方法，还包括：

96、(viii)在除焦模式下，将除焦流体加料至辐射段中；

97、其中步骤(iii)包括向能够向辐射段入口管道的区段提供热能的至少一个电加热装置供应电力。

98、a30.a29的方法，其中步骤(iii)包括向能够向辐射段入口管道的多个区段提供热能的多个电加热装置供应电力。

99、a31.a30的方法，还包括单独地控制和/或调节多个电加热装置的电加热功率以单独地控制和/或调节辐射段入口管道的多个区段的温度。

100、a32.a31的方法，其中辐射段包含与辐射段入口管道的多个区段单独连接的多个辐射管，并且方法还包括根据辐射管内部的焦化程度单独地控制和/或调节多个电加热装置的电加热功率以单独地控制和/或调节辐射段入口管道的多个区段的温度。

101、a33.a32的方法，其中通过电加热装置向与具有更高的焦化程度的辐射管连接的辐射段入口管道的区段提供更大的加热功率。

102、a34.a29至a33中任一项的方法，其中除焦模式包括在线除焦操作。

103、a35.a29至a34中任一项的方法，其中除焦模式包括离线除焦操作。

104、b1.蒸汽裂化炉，其包含：炉壳体；容纳在炉壳体中能够通过燃烧燃料来供应热能的多个燃烧器；位于炉壳体外部能够接收含烃进料的含烃进料入口管；位于炉壳体内部并与含烃进料入口管连接的对流段；位于炉壳体外部并与对流段的端部连接的跨接段；位于炉壳体内部并与跨接段的端部经由辐射段入口管道连接的辐射段，其中辐射段入口管道位于炉壳体外部；与辐射段连接并位于炉壳体外部的辐射段出口管道；和一个或多个当供应有电力时能够向选自以下的外部炉管道提供热能的电加热装置：含烃进料入口管的区段，跨接段的区段，辐射段入口管道的区段，和辐射段出口管道的区段，和它们的组合。

105、b2.b1的蒸汽裂化炉，其中一个或多个电加热装置中的至少一个，优选全部，包含与外部炉管道分开的电阻器，并且电阻器能够接收至少一部分的电力从而通过电阻加热提供热能。

106、b3.b2的蒸汽裂化炉，其中电阻器与外部炉管道电绝缘。

107、b4.b1的蒸汽裂化炉，其中一个或多个电加热装置中的至少一个包含一部分的外部炉管道，至少一部分的电力能够供应至外部炉管道，以产生流过外部炉管道的电流从而向外部炉管道提供热能。

108、b5.b1的蒸汽裂化炉，其中一个或多个电加热装置中的至少一个能够通过感应加热向外部炉管道提供热能。

109、b6.b5的蒸汽裂化炉，其中一个或多个电加热装置中的至少一个能够在外部炉管道中感应电流。

110、b7.b1至b6中任一项的蒸汽裂化炉，其中一个或多个电加热装置中的至少一个通过辐射加热提供热能。

111、b8.b1至b7中任一项的蒸汽裂化炉，其中一个或多个电加热装置中的至少一个，优选全部，采用至少部分围住外部炉管道的加热护套的形式。

112、b9.b1至b8中任一项的蒸汽裂化炉，其中一个或多个电加热装置中的至少一个的电加热功率是可调节和/或可控制的。

113、b10.b1至b9中任一项的蒸汽裂化炉，还包含：能够确定外部炉管道温度的温度监控装置；和能够基于通过温度监控装置确定的外部炉管道的温度来控制和/或调节一个或多个电加热装置中的至少一个的加热功率的控制器。

114、b11.b1至b10中任一项的蒸汽裂化炉，其中一个或多个电加热装置包括至少一个能够向跨接段的区段提供热能的电加热装置。

115、b12.b11的蒸汽裂化炉，其中一个或多个电加热装置包括能够单独供应有电力并能够向跨接段的多个区段单独提供热能的多个电加热装置。

116、b13.b1至b12中任一项的蒸汽裂化炉，还包含：能够确定跨接段的区段的温度的温度监控装置；和能够基于通过温度监控装置确定的跨接段的区段的温度来控制和/或调节一个或多个电加热装置中的至少一个的加热功率的控制器。

117、b14.b1至b13中任一项的蒸汽裂化炉，其中一个或多个电加热装置包括能够单独供应有电力并能够向辐射段入口管道的多个区段单独提供热能的多个电加热装置。

118、b15.b14的蒸汽裂化炉，其中辐射段包含与辐射段入口管道的多个区段单独连接的多个辐射管，并且蒸汽裂化炉还包含控制器，该控制器能够单独地控制和/或调节多个电加热装置的电加热功率以单独地控制和/或调节辐射段入口管道的多个区段的温度，由此单独地控制和/或调节多个辐射管的温度。

119、b16.b1至b15中任一项的蒸汽裂化炉，其中一个或多个电加热装置包括能够单独供应有电力并能够向辐射段出口管道的多个区段单独提供热能的多个电加热装置。

120、b17.b16的蒸汽裂化炉，其中辐射段包含与辐射段出口管道的多个区段单独连接的多个辐射管，并且蒸汽裂化炉还包含控制器，该控制器能够单独地控制和/或调节多个电加热装置的电加热功率，从而单独地控制和/或调节多个电加热装置的电加热功率以单独地控制和/或调节辐射段出口管道的多个区段的温度。

121、b18.b1至b17中任一项的蒸汽裂化炉，其中辐射段出口管道包含在它的端部与传递管线热交换器和/或急冷装置连接的传递管线管区段，和一个或多个电加热装置包括能够供应有电力并能够向传递管线管区段提供热能的电加热装置。

122、b19.b18的蒸汽裂化炉，其中蒸汽裂化炉还包含能够控制和/或调节能够向传递管线管区段提供热能的电加热装置的电加热功率的控制器。

123、c1.本公开内容的第二方面涉及蒸汽裂化含烃进料的方法，该方法包括以下中的一种或多种：

124、(i)提供包含以下中的一种或多种的蒸汽裂化炉：炉壳体，容纳在炉壳体中能够通过燃烧燃料来供应热能的多个燃烧器，位于炉壳体外部能够接收含烃进料的含烃进料入口管，位于炉壳体内部并与含烃进料入口管连接的对流段，位于炉壳体外部并与对流段的端部连接的跨接段，位于炉壳体内部并与跨接段的端部经由辐射段入口管道连接的辐射段，与辐射段连接并位于炉壳体外部的辐射段出口管道，和一个或多个能够向选自以下的外部炉管道提供热能的电加热装置：含烃进料入口管的区段，跨接段的区段，辐射段入口管道的区段，和辐射段出口管道的区段，和它们的组合；其中辐射段入口管道位于炉壳体的外部；

125、(ii)在多个燃烧器燃烧燃料从而向辐射段和对流段提供热能；

126、(iii)向一个或多个电加热装置中的至少一个供应电力从而向外部炉管道的区段提供热能；和

127、(viii)在除焦模式下，将除焦流体加料至辐射段中；其中步骤(iii)包括向能够向辐射段入口管道的区段提供热能的至少一个电加热装置供应电力。