[发明专利]超低排放的乙烯工厂

说明书

本发明涉及乙烯工厂，包括：‑用于将烃原料转化成裂解气流的裂解炉；‑用于至少提供来自裂解气流的富含乙烯的产品流、富含氢的燃料流和富含甲烷的燃料流的分离段；‑用于将来自分离段的富含氢的燃料的至少一部分输送到裂解炉的燃烧炉的通道，和/或用于将来自分离段的富含氢的燃料的至少一部分输送到联合循环燃气轮机发电厂(CCGT)的废热回收锅炉的燃烧炉的通道；‑配置为存储富含甲烷的燃料的甲烷存储器和用于将来自分离段的富含甲烷的燃料的至少一部分输送到存储器的通道；‑CCGT，包括燃气轮机‑包括燃烧室‑和用于将来自存储器的富含甲烷的燃料的至少一部分输送到CCGT的燃气轮机的燃烧室的通道，所述CCGT配置为产生电力和/或产生高压蒸汽来驱动蒸汽涡轮机，从而形成乙烯工厂的蒸汽发生回路的一部分；以及‑用于提供部分电力以操作工厂的电力连接，其为与用于从可再生来源产生电力的电力系统的连接。

本发明涉及乙烯工厂和用于在此类工厂中生产乙烯的方法。本发明还涉及使用乙烯工厂临时存储可再生电力的方法以及使用乙烯工厂将氢间接转化为富含甲烷的气体的方法。

如例如文献US 4,479,869中所公开的，常规的裂解炉系统通常包括对流段，其中烃原料被预热和/或部分蒸发并与稀释蒸汽混合，以提供原料稀释蒸汽混合物。系统还包括辐射段，包括至少一个位于火箱中的辐射盘管，其中来自对流段的原料稀释蒸汽混合物通过热解在高温下转化为产品和副产品组分。系统还包括冷却段，该冷却段包括至少一个骤冷交换器，例如传输线交换器，其配置为快速骤冷离开辐射段的产物或裂解气，以停止热解副反应，并保持反应平衡以利于产物。来自传输线交换器的热量可以以高压蒸汽的形式回收。

这种常规系统的缺点是需要为热解反应提供大量燃料。为了减少这种燃料消耗，可以显著提高火箱效率，即火箱中被辐射盘管吸收的释放热量的百分比。然而，具有提高的火箱效率的常规裂解炉系统对流段中的热回收方案仅具有有限的能力来加热烃原料以达到进入辐射段的最佳温度。因此，在常规的裂解炉系统中，几乎不可能降低燃料消耗，并从而减少CO₂排放。

WO2018/229267解决了这个问题，并显著提高了裂解炉的火箱效率，并减少了来自裂解炉的CO₂排放。然而，其中所述的这种高效裂解炉还可显著减少高压蒸汽的产生，该高压蒸汽可用于直接或在将蒸汽用于电力产生之后驱动机器，如乙烯工厂的压缩机和/或泵，如裂解气压缩机、丙烯制冷压缩机、乙烯制冷压缩机。例如，根据本发明人的内部研究，将裂解炉效率从约40％提高至约54％可导致蒸汽产生量减少约2/3。因此，作为CO₂排放减少的副作用，没有充足的蒸汽可用于驱动所有这些压缩机。

本发明人最近发明了一种用于在乙烯工厂中驱动机器的改进方法和系统，解决了WO2018/229267的缺点，其可减少产生的电力的碳足迹，即每kw产生的电力排放的CO₂量(参见未预先公布的欧洲专利申请号19178729.0)。本文描述了集成的乙烯和发电厂系统，其中可以补偿来自炉的较低的高压蒸汽产量，并且裂解炉中产生的过量燃料气用于产生显著更多的电力。

仍然需要进一步的方法来提高乙烯工厂的能源效率和/或减少温室气体排放，这种方法可以作为实现这一目标的已知方法的替代或补充。还希望提供能效高、低排放的乙烯工厂，其鲁棒性在于其能够平衡可再生电力系统的电力容量的波动。

现在已经发现，通过提供从可再生的电源接收其电力需求的至少一部分的乙烯工厂来解决这些需求中的一个或多个是可能的，其中特定的燃料级分以特定的方式被引导到乙烯工厂内。

特别是，发明人意识到，随着能源效率的提高，更多的过量燃料作为裂解烃气流的一部分离开裂解炉。这种燃料通常不仅含有大量的甲烷，而且还含有大量的氢。氢在进一步的化学工艺中是有用的产品，尤其是氢化，但对于甲烷来说，在当前的经济中，除了燃烧它，几乎没有其他用途。这最终会将CO₂释放到大气中。发明人进一步认识到，不仅在将裂解气分离成一种或多种烯烃(包括富含乙烯的级分)中富集的一种或多种级分方面，而且在乙烯工厂中用作燃料的气体，即裂解气的富含氢的燃料级分和富含甲烷的燃料级分中富集的至少两种不同的级分方面，这都是有利的。