JP2022522968A - オレフィン合成における再生可能エネルギーの使用 - Google Patents

オレフィン合成における再生可能エネルギーの使用 Download PDF

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スコット スティーブンソン
アルノ オプリンズ
チュン チャオ
ティム アボット
ケネス フランシス ローソン
ジョセフ ウィリアム シュレーヤ
マイケル エドワード ハックマン
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サビック グローバル テクノロジーズ ビー．ブイ．
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Abstract

供給流を前処理するように構成された供給物前処理セクション;希釈剤の存在下で供給流中の炭化水素を分解して分解ガス流を生成するように構成された1つまたは複数の熱分解反応器を備える熱分解セクション;分解ガス流からの熱回収と分解ガス流のクエンチとを提供し、分解ガス流から成分を除去し、分解ガス流を圧縮し、それにより圧縮された分解ガス流を提供するように構成された一次分留および圧縮セクション;および/または圧縮された分解ガス流から生成物オレフィン流を分離するように構成された生成物分離セクションを備える、オレフィン合成プラントであって、従来のオレフィン合成プラントと比較して、オレフィン合成プラントおよび/またはその1つまたは複数のセクションによって必要とされるエネルギーおよび/または正味エネルギーのさらに多くが、非炭素系エネルギー源、再生可能エネルギー源および/または電気によって供給されるようにオレフィン合成プラントが構成されている、オレフィン合成プラントを提供する。TIFF2022522968000007.tif76170

Description

技術分野
本開示は、オレフィンの合成における再生可能エネルギーの使用に関する。さらに詳細には、本開示は、オレフィン合成プラントの電化に関する。さらになお詳細には、本開示は、オレフィン合成プラントにおける燃料のための炭化水素（例えば、天然ガス/化石燃料）の燃焼を低減することによる環境排出物、例えば、二酸化炭素の低減に関する。
背景
化学合成プラントは、様々な化学物質を提供するために利用される。多くの場合、専用の燃料が燃やされるか「燃焼」されて、化学合成のための反応熱、1つもしくは複数のプロセス流を加熱するためのエネルギー、液体を気化させるためのエネルギー（例えば、希釈剤として使用される水を沸騰させる）、作業をするためのエネルギー（例えば、圧縮機またはポンプを駆動する）、または化学合成プラント全体の他のプロセス動作のためのエネルギーが供給される。燃料をこのように燃やすか燃焼させると、環境に有害であり得る排煙が生成され、プロセスのエネルギー効率も低下する。同様に、水蒸気は、化学合成プラント内のプラント全体の熱および/またはエネルギー伝達流体として従来から利用されることが多い。熱および/またはエネルギー伝達に利用される水蒸気は、多くの場合、燃料の燃焼によって生成され、その結果、追加の排煙が生成され、化学合成中にエネルギー効率がさらに低下する。さらに、燃料として燃焼させるための反応物として他の方法で利用され得る材料の使用はまた、所与の量の材料から化学合成プラントで生成される所望の化学生成物の量を減少させる。したがって、エネルギーを供給するために燃やされる燃料、特に化石燃料の量を低減または排除する、化学合成の増強されたシステムおよび方法が必要とされている。望ましくは、そのようなシステムおよび方法はまた、化学合成プラントによるエネルギー効率の増加および/または温室効果ガス（GHG）の排出量などの排出量の減少をもたらす。
概要
本明細書において、供給流を前処理するように構成された供給物前処理セクション;希釈剤の存在下で供給流中の炭化水素を分解して分解ガス流を生成するように構成された1つまたは複数の熱分解反応器を備える熱分解セクション;分解ガス流からの熱回収と、分解ガス流のクエンチとを提供し、分解ガス流から燃料油、硫化水素、二酸化炭素、水、熱分解ガソリンまたはそれらの組合せを除去し、分解ガス流を圧縮し、それにより圧縮された分解ガス流を提供するように構成された一次分留および圧縮セクション;および/または圧縮された分解ガス流から生成物オレフィン流を分離するように構成された生成物分離セクションを備える、軽質オレフィンを生成するためのオレフィン合成プラントであって、従来のオレフィン合成プラントと比較して、オレフィン合成プラント、供給物前処理セクション、熱分解セクション、一次分留および圧縮セクション、生成物分離セクションまたはそれらの組合せによって必要とされるエネルギーおよび/または正味エネルギーのさらに多くが、非炭素系エネルギー源、再生可能エネルギー源および/または電気によって供給されるようにオレフィン合成プラントが構成されている、オレフィン合成プラントが開示される。
また、本明細書において、供給流を前処理するように構成された供給物前処理セクション;希釈剤の存在下で供給流中の炭化水素を分解して分解ガス流を生成するように構成された1つまたは複数の熱分解反応器を備える熱分解セクション;分解ガス流からの熱回収と、分解ガス流のクエンチとを提供し、分解ガス流から燃料油、硫化水素、二酸化炭素、水、熱分解ガソリンまたはそれらの組合せを除去し、分解ガス流を圧縮し、それにより圧縮された分解ガス流を提供するように構成された一次分留および圧縮セクション;および/または圧縮された分解ガス流から生成物オレフィン流を分離するように構成された生成物分離セクションを備える、軽質オレフィンを生成するためのオレフィン合成プラントであって、オレフィン合成プラント、供給物前処理セクション、熱分解セクション、一次分留セクション、生成物分離セクションまたはそれらの組合せによって必要とされるプロセスエネルギーおよび/または正味プロセスエネルギーの大部分が、電気によって供給されるようにオレフィン合成プラントが構成されている、オレフィン合成プラントが開示される。
本開示およびその利点をさらに完全に理解するために、ここで、添付の図面および詳細な説明に関連して以下の簡単な説明を参照する。ここで、同様の符番は同様の部分を表す。
典型的な先行技術の化学プロセスの概念図を示す。 本開示の態様による、再生可能エネルギーによって動力供給される化学プロセスの概念図を示す。 本開示の態様による、一般化された水蒸気分解プラントまたはプロセスIのブロックフロー図を示す。 本開示の態様による、例示的な水蒸気分解プラントまたはプロセスIIのブロックフロー図を示す。 比較例1で利用される従来通り動作されるオレフィン合成プラントIIIの動作パラメータを示す。 本開示の一態様の通り電化され実施例1に示されるオレフィン合成プラントIVの動作パラメータを示す。 本開示の一態様の通り電化され実施例2に示されるオレフィン合成プラントVの動作パラメータを示す。 本開示の一態様の通り電化され実施例3に示されるオレフィン合成プラントVIの動作パラメータを示す。 本開示の一態様の通り電化され実施例4および5に示されるオレフィン合成プラントVIIの動作パラメータを示す。
詳細な説明
最初に、1つまたは複数の態様の例示的な実装形態が以下に提供されるが、開示される組成物、方法および/または生成物は、現在知られているか、未だ存在していないかにかかわらず、任意の数の技術を使用して実装され得ることを理解されたい。本開示は、本明細書において図示および説明される例示的な設計および実装形態を含む、以下に図示される例示的な実装形態、図面および技術に決して限定されるべきではなく、それらの均等物の全範囲とともに添付の特許請求の範囲内で変更され得る。
以下の用語は、当業者によって十分に理解されると考えられるが、以下の定義は、本開示の主題の説明を容易にするために記載されている。別段の定義がない限り、本明細書において使用されるすべての技術用語および科学用語は、本開示の主題が属する技術分野の当業者によって一般的に理解されるのと同じ意味を有する。
本明細書において利用される場合、「断続的エネルギー源」または「IES」とは、使用されるエネルギーを貯蔵することができないか、使用されるエネルギーが経済的に望ましくないため、電気への変換に継続的に利用できず、かつ直接制御の範囲外で継続的に利用できない任意のエネルギー源である。断続的エネルギー源の利用可能性は、予測可能または予測不可能であり得る。再生可能な断続的エネルギー源とは、以下に定義するように、再生可能エネルギー源でもある断続的エネルギー源である。「断続的電気」は、IESから生成される電気を指す。
本明細書において利用される場合、「再生可能エネルギー」および「非化石系エネルギー（ENF）」には、自然の進行中のプロセスおよび核エネルギーによって急速に置き換えられる持続可能なエネルギー源から得られるエネルギーが含まれる。したがって、用語「再生可能エネルギー」および「非化石系エネルギー（ENF）」は、非化石燃料系エネルギー源から得られるエネルギー（例えば、石炭または天然ガスなどの化石燃料の燃焼によって生成されないエネルギー）を指し、「非再生可能」または「化石系エネルギー（EF）」は、化石燃料系エネルギー源から得られるエネルギー（例えば、化石燃料の燃焼によって生成されるエネルギー）である。化石燃料とは、生物の残骸から地質学的過去に形成された石炭またはガスなどの天然燃料である。したがって、本明細書において利用される場合、「再生可能」および「非化石系エネルギー（ENF）」には、限定されることなく、使用時に枯渇する化石燃料などの供給源からの「非再生可能」エネルギーとは対照的に、使用時に枯渇しない風力、太陽光発電、水流/移動またはバイオマスが含まれる。したがって、再生可能エネルギーは、化石燃料系エネルギー（EF）を排除し、バイオ燃料を含む。
本明細書において利用される場合、「非炭素系エネルギー（ENC）」とは、非炭素系エネルギー源から得られるエネルギー（例えば、炭化水素などの炭素系燃料の燃焼によって生成されないエネルギー）であり、炭素系エネルギー（EC）とは、炭素系エネルギー源から得られるエネルギー（例えば、炭化水素などの炭素系燃料の燃焼によって生成されるエネルギー）である。核エネルギーは、本明細書において、再生可能な非化石（ENF）系エネルギーおよび非炭素系エネルギー（ENC）と考えられる。したがって、炭素系エネルギー（EC）は、再生可能（例えば、非化石燃料系）または非再生可能（例えば、化石燃料系）であり得る。例えば、様々な炭素系バイオ燃料は、本明細書において、再生可能な炭素系エネルギー源と考えられる。
本明細書において利用される場合、「再生可能電気」は、再生可能エネルギー源から生成された電気を示し、「非再生可能電気」は、非再生可能エネルギー源から生成された電気である。本明細書において利用される場合、「非炭素系電気」は、非炭素系エネルギー源から生成された電気を示し、「炭素系電気」は、炭素系エネルギー源から生成された電気である。
例えば、態様では、本明細書において開示されるオレフィン合成プラント全体の再生可能電気および/または熱は、再生可能（例えば、生物学的）供給源に由来する再生可能炭化水素の燃焼によって供給され得る。例えば、再生可能電気は、態様では、農業廃棄物が供給された消化装置で生成されたメタンを含むENF/ECエネルギー源の燃焼によって生成され得る。同様に、態様では、短サイクル炭素廃棄物材料を使用して生成された合成ガスを含むENF/ECエネルギー源が、燃料（例えば、再生可能電気および/または熱を生成するために燃焼される）として利用され得る。望ましくは、このような燃焼によって生成された二酸化炭素が再捕捉される（例えば、新たな作物の成長によって）。
本明細書において利用される場合、燃料を「外部」燃焼させるとは、反応器の外側、例えば、炉内で燃料を燃焼させることを指す。一次反応の一部としての燃焼（例えば、自己熱型改質（ATR）における改質とともに起こる燃焼）は、「外部」燃焼とは考えられない。本明細書において利用される場合、「専用の」燃料とは、燃料比（例えば、燃焼熱）を提供するためだけに導入され、生成物に変換されない燃料、または供給流の一部である。
本明細書において利用される場合、「熱伝達水蒸気（SHT）」は、エネルギーまたは熱伝達媒体として単独でまたは主に生成される水蒸気（例えば、希釈剤および/または反応物として利用されない水蒸気）を示す。
本明細書において利用される場合、「正味」入熱または除熱は、一次エネルギー消費をもたらす入熱または除熱、例えば、プラントの別のセクションまたは流れから供給されない、例えば、別のプロセス流との熱交換を介して供給されない入熱または除熱を指す。同様に、「正味」エネルギーは、一次エネルギー消費をもたらすエネルギー、例えば、プラントの別のセクションまたは流れから供給されないエネルギー、例えば、別のプロセス流との熱交換を介して供給されない熱エネルギーを指す。
本明細書において利用される場合、「動力供給」は、機械的エネルギーおよび/または電気エネルギーを供給することを示す。
本明細書において利用される場合、「加熱」は、熱エネルギーを供給することを示す。本明細書において利用される場合、「冷却」は、そこからの熱エネルギーの除去を示す。本明細書において利用される場合、「直接」加熱または冷却は、熱伝達媒体/流体を使用しない加熱または冷却を指す。「間接的な」加熱または冷却は、熱伝達媒体/流体を介した加熱または冷却を指す。
本明細書において利用される場合、「ほとんど」または「大部分」は、50％超または半分超を示す。
本明細書において利用される場合、「所望の」パラメータ（例えば、所望の温度）は、パラメータの意図された値または目標値、例えば、プロセス制御に使用される設定値などの所定の値を指し得る。
消費される電気量:電気の消費への言及は、特定の場所で測定された、電気が使用される速度（例えば、MW単位）を指し得る。例えば、各電化された炉の境界で、または全体的なオレフィン合成プラント境界で速度が計算されてもよい。この計算は、その場所内で使用されるあらゆる電気を考慮してもよい。
排煙:発電所および/または産業プラントで燃料または他の材料を燃やすことによって生成され得るガスの混合物であって、ダクトを介して抽出され得るガスの混合物。
排煙熱回収:排煙熱回収とは、例えば、比較的低温のプロセス流体の温度を上昇させ、および/または該流体の相を変化させる（例えば、水を沸騰させて水蒸気をもたらす）ために、1つまたは複数の熱交換器に高温の排煙を通過させることによる、高温の排煙からの有用な熱エネルギーの抽出を指し得る。何らかの排煙熱回収後に排煙中に残っている何らかのエネルギーは、排煙（エネルギー）損失と呼ばれ得る。排煙熱回収セクションは、排煙熱を回収するために使用される機器、および該機器の対応する位置であってよい。排煙熱回収セクションがないことは、高温の排煙から熱が回収される機器または領域がないことを意味し得る。
対流セクション:対流セクションとは、対流熱伝達によって高温の排煙から熱が回収される炉（例えば、水蒸気分解炉または改質炉）の一部であり得る。対流セクションがないことは、高温の排煙から対流熱伝達によって熱が回収される機器または領域がないことを意味し得る。
「水蒸気を含まない」または「水蒸気を実質的に含まない」:「水蒸気を含まない」は、あるプロセス動作から別のプロセス動作にエネルギーを伝達するために、または外部からプロセスにエネルギーを導入するために水蒸気が使用されないプロセスを指し得る。「水蒸気を実質的に含まない」は、あるプロセス動作から別のプロセス動作にエネルギーを伝達するため、または外部からプロセスにエネルギーを導入するための水蒸気の使用が最小限に抑えられており、その結果、水蒸気量を使用する全エネルギー伝達の合計が、供給される正味エネルギーの約10％未満、約20％未満または約30％未満になることを意味し得る。反応物、希釈剤として使用される、生成物として得られる、またはプロセス流と直接混合される水蒸気は、「プロセス水蒸気」と呼ばれ得、この定義には含まれない。
一次エネルギー伝達媒体:一次エネルギー伝達媒体とは、あるプロセス動作から別のプロセス動作に熱エネルギーの形態でエネルギーを移動させるために、またはエネルギーをプロセスに導入するために使用される物質であり得る。物質は、あるプロセス動作から別のプロセス動作に熱を伝達するための媒体としても作用しながら、反応物または反応希釈剤として作用するなど、プロセスでは複数の目的を果たし得ることに留意されたい。そのような場合、反応物または希釈剤としての水蒸気の使用は一次的であると考えられ得、また、熱を伝達する効果は二次的であると考えられ得る。
抵抗加熱:抵抗加熱とは、抵抗ユニットに電流を流すことによる加熱であり得る。
誘導加熱:誘導加熱とは、電磁誘導によって導電性物体（通常、金属）を加熱するプロセスであり得る。
放射加熱:放射加熱とは、1つまたは複数の比較的高温の物体からの放射を介して物体を加熱するプロセスであり得る。
外部燃焼:外部燃焼とは、燃焼生成物がプロセス流体と混合しないように、燃料を燃やして熱を生成し、この熱を表面（例えば、管壁）を横切ってプロセス流体に伝達することを意味し得る。
熱電装置:熱電装置とは、熱電対にわたって温度差を電圧に（またはその逆に）直接変換するための装置であり得る。
等温操作:等温操作とは、一定温度での操作であり得る。等温操作は、所定の操作温度の0.5％以内、1％以内、2％以内、3％以内、4％以内、5％以内、最大で10％以内に温度を維持することができる。
対流熱伝達:対流熱伝達とは、単数または複数の流体の移動によるある場所から別の場所への熱の移動であり得る。
上記の定義の大部分は、実質的に、当業者によって理解される通りであるが、本明細書における本開示の主題の特定の説明のために、上記の定義のうちの1つまたは複数が、当業者によって通常理解される意味とは異なる方法で上記に定義され得る。
図1は、典型的な従来の化学プロセスの概念図を示す。このプロセスの目標は、供給物Aを生成物Bに変換することであるが、いくつかの副生成物（流れCとして示される）も生成されることが多い。
この変換を行うために使用される単位操作は、かなりの量のエネルギーを必要とする。従来、このエネルギーは、燃料、多くの場合天然ガスを燃やして熱を生成することによって主に供給され、図1ではΔHc（例えば、燃焼熱）として示されている。これは、二酸化炭素（CO2）の望ましくない生成および排出をもたらす。反応が発熱性である場合、追加のエネルギーが反応熱ΔHrによって供給され得る。反応が吸熱性である場合、ΔHrに等しい追加量のエネルギーを加える必要がある。一部の副生成物が燃やされてエネルギーを生成する（ΔHbpとして示される）場合にも、総エネルギー収支は影響を受ける可能性がある。しかし、多くの化学プロセスは、発熱反応を伴うものであっても、正味エネルギー消費主体であることから、正味プロセスエネルギーを供給するために外部エネルギー源（典型的には、炭化水素燃料によって供給される）を必要とする。
電気は、通常、ほとんどの化学品製造プロセスへのわずかな外部入力である。照明または制御などの内部電気的要件は通常、無視できるほど小さく、大量の電気を必要とする少数のプロセス、例えば、電気化学反応器（例えば、塩素（Cl2）および水酸化ナトリウム（NaOH）を製造するための塩素アルカリプロセス）では、この電気は通常、炭化水素の燃焼によってプラント境界内で生成され、プラント境界内で生成されない場合であっても、電気が再生可能ではなく炭化水素の燃焼によって得られる場合、電気のそのような使用は、炭化水素燃焼による電気の現場生成に対するエネルギー効率およびCO2排出に関して同等である。
ほとんどの化学品製造プロセスでは、エネルギー消費は、3つの主要なカテゴリに好都合に分けることができる。本明細書において第1のカテゴリC1と呼ばれる第1のそのような広範囲なカテゴリでは、熱は、炉内の燃料（例えば、天然ガス/化石燃料）の燃焼によって熱エネルギーとして直接供給される。（利用される場合、ここで、「直接」は、水蒸気などの中間熱伝達媒体が存在しないことを示す。）これらの炉は高温で運転されることが多く、大きな熱流束を必要とする。そのような炉のエネルギー効率は、炉排煙の熱損失によって制限される。これらの熱損失が、エネルギーを回収するため、例えば、水蒸気を生成するため、またはプロセス加熱を提供するために排煙の冷却によって最小限に抑えられる場合であっても、燃料に含まれる化学エネルギーの使用可能な熱エネルギーへの変換は、実質的な投資、ならびに設計および動作の柔軟性の損失を伴っても、85～90％を一般に超えない。
本明細書において第2のカテゴリC2と呼ばれる、化学プロセスにおけるエネルギー消費の第2の広範囲なカテゴリは、主にその温度を所定の反応温度まで上昇させるため、または分離、最も一般的には蒸留のためのエネルギーを供給するための様々な化学流の加熱を含む。この熱の一部は、他の化学流との交換によって得ることができるが、最も典型的には、炭化水素燃料（例えば、天然ガス/化石燃料）の燃焼によって直接生成された水蒸気によって、または高温炉から（例えば、カテゴリC1から）の排煙からの熱伝達によって供給される。最新の化学プロセスは、エネルギーを過剰な場所から必要な場所に移動させるために、比較的複雑な水蒸気システム（または本明細書において簡単にするために一般的に水蒸気熱伝達システムと呼ばれる他の熱伝達流体システム）を含む。この水蒸気システムは、様々な温度で熱を供給するための複数の圧力レベルの水蒸気、ならびに水蒸気および凝縮物回収システムを含み得、腐食、汚染、ならびに水処理および汚染された凝縮物の処分を含む他の操作上の困難にさらされる。プロセス流を加熱するために使用され得る、水蒸気に含まれるエネルギーの割合は、熱伝達、水蒸気凝縮およびボイラ水再循環に対する実用的な制約により、90～95％に一般に制限される。水蒸気が専用の外部ボイラによって生成された場合、第1のカテゴリC1のようにさらに10～15％以上が排煙に失われるため、燃料に含まれる化学エネルギーの最大80～85％が化学プロセスによって熱として使用される。
本明細書において第3のカテゴリC3と呼ばれる、化学プロセスにおけるエネルギー使用量の第3の主要カテゴリは、機械的仕事を行うために利用されるエネルギーである。この仕事は、流体をある場所から別の場所に加圧し移動させるために主に利用され、ポンプ、圧縮機およびファンなどの回転機器を駆動するために使用される。この第3のカテゴリC3には、圧縮によって主に動力供給されるため、冷凍機器も含まれる。ほとんどの化学設備では、この仕事のためのエネルギーは、高温プロセス流による熱伝達によって得られるか、カテゴリC1（例えば、対流セクション）では炉からの部分的に冷却された排煙流による熱伝達によって得られるか、専用の外部ボイラ内の炭化水素（例えば、天然ガス/化石燃料）の燃焼から直接得られる水蒸気によって供給される。機械的仕事への熱エネルギーの変換には限界があるため、燃料として使用される炭化水素の含有化学エネルギーに対するこれらの使用のエネルギー効率は低く、典型的にはわずか25～40％である。
予想外にも、化学プロセスでは、炭化水素燃料から得られるエネルギーを置き換えるために電気（例えば、再生可能および/または非再生可能電気）を使用することにより、二酸化炭素の排出を減少させながら、全体的なエネルギー効率を高めることによってプロセスを改善することができることが発見された。場合によっては、化学プロセスでは、炭化水素燃料から得られるエネルギーを置き換えるために電気（例えば、再生可能および/または非再生可能電気）を使用することにより、信頼性および操作性を改善し、例えばNOx、SOx、COおよび/または揮発性有機化合物の排出を減少させ、および/または製造コストを減少させる（例えば、低コストの電気が利用可能である場合）こともできる。
本開示の態様によれば、第1のカテゴリC1では、炉内の燃料（例えば、天然ガス/化石燃料）の燃焼および/または他の加熱によって熱エネルギーとして従来供給されていた熱は、電気加熱に置き換えられる。電気熱、電気加熱、熱を電気的に生成すること、電気ヒータ装置などは、流体に適用するために利用可能な熱エネルギーに電気を変換することを指す。そのような電気加熱には、限定されることなく、インピーダンスによる加熱（例えば、加熱対象の流体を運ぶ導管を通って電気が流れる場合）、オーム加熱、プラズマ、電気アーク、無線周波（RF）、赤外線（IR）、UVおよび/またはマイクロ波による加熱、抵抗加熱された要素を通過することによる加熱、電気加熱された要素からの放射による加熱、誘導による加熱（例えば、振動磁場）、電気によって駆動される機械的手段（例えば、圧縮）による加熱、ヒートポンプを介した加熱、加熱対象の流体を含む管に比較的高温の不活性ガスもしくは別の媒体を通過させることによる加熱であって、高温の不活性ガスもしくは別の媒体が電気的に加熱される加熱、またはこれらの何らかの組合せによる加熱などが含まれる。
本開示の態様によれば、第2のカテゴリC2のような水蒸気（または別の熱伝達流体）の利用は排除され、および/または中間熱伝達媒体としてのみ利用される任意の水蒸気（または他の流体）が電気的に生成または加熱される（例えば、水の電気加熱を介して）。
本開示の態様によれば、第3のカテゴリC3で利用される従来の回転機器（例えば、水蒸気タービン）は、電気的に駆動される装置に置き換えられる。本開示の態様によれば、第3のカテゴリC3の除熱は、電動式の除熱、例えば冷却および/または冷凍に置き換えられる。電気冷却、電気冷却器、熱を電気的に除去すること、電気冷却または冷凍装置などは、流体からの熱エネルギーの除去を指す。そのような電気冷却には、限定されることなく、電動式装置による冷却が含まれる。例えば、限定されることなく、電気冷却は、電気によって冷凍サイクルに動力供給することによって提供することができ、冷媒は電動式圧縮機によって圧縮される。別の例として、電気冷却は、空気を吹き出す冷却ファンに動力供給することによって提供することができ、空気はプロセス流体または要素を冷却する。態様では、電気加熱および電気冷却は、任意の電源によって行うことができる。
図2は、本開示の態様による、再生可能エネルギーによって動力供給される化学プロセスの概略図である。図2に示すように、再生可能エネルギーによって駆動されるプロセスは、態様では、従来の化学プロセスと同様に見え得る。しかし、燃料によって供給されるエネルギー入力の一部、大部分、または場合によっては実質的に全部を、再生可能エネルギーおよび/または再生可能電気に置き換えることができる。非炭素系エネルギー、再生可能エネルギーおよび/または再生可能電気による燃料入力のそのような置き換えは、態様では、CO2排出の大幅な低減を可能にする。態様では、任意の利用可能な形態の再生可能エネルギーを使用することができる。しかし、再生可能電気が利用される場合、利得は最大であり得る。再生可能エネルギーは、例えば、限定されることなく、太陽光発電、風力発電または水力発電から得ることができる。他の種類の再生可能エネルギーも、本開示の態様による化学プラントに適用することができる。例えば、態様では、集光型太陽光発電、地熱エネルギー、および/または直接太陽熱加熱の使用を使用して、熱エネルギーを供給し、CO2排出を低減することができる。
（例えば、再生可能）電気を介して必要なエネルギーを供給することの主な利点の1つが、プロセスのエネルギー効率が向上することであり得る。表1は、C1、C2およびC3として上述した、化学プラントにおけるエネルギー使用の3つのカテゴリを例示する、単位操作のエネルギー効率を示す。表1から、電力を使用すると、エネルギー消費の3つのカテゴリの各々の効率が増大することが分かる。本開示の態様によれば、回転機器用の水蒸気駆動装置が、水蒸気駆動装置のエネルギー効率の3倍ものエネルギー効率で動作することができる電気モータ（上記の第3のカテゴリC3の場合のように）に置き換えられると、利得は最大になり得る。これらの利得は、炭素系燃料燃焼からの電気の生成がわずか30～45％のエネルギー効率であるため、電気が非炭素系再生可能供給源から得られる場合にのみ実現される。加熱用途に再生可能電気を使用した場合（上記の第1のカテゴリC1および第2のカテゴリC2のように）の方がエネルギー効率の向上は小さいが、依然として著しい。最終的な結果は、炭素系燃料（例えば、天然ガスまたは他の炭化水素）の代わりに再生可能エネルギーを使用すると、使用される総エネルギーが少なくなるということである。
（表１）単位操作のエネルギー効率
Figure 2022522968000002
本開示によれば、上記のカテゴリC1、C2および/またはC3において、従来のエネルギー源ではなく、非炭素系エネルギー、再生可能エネルギーおよび/または電気（例えば、再生可能および/または非再生可能供給源から）を利用することができる。態様では、電化は、設備の大部分または実質的に全部に利用される。態様では、電化は、単位操作の大部分または実質的に全部に利用される。態様では、電化は、設備および単位操作の大部分または実質的に全部に利用される。態様では、電化は、プロセス用途、エンジン、冷却および/または加熱（例えば、電気的に駆動されるヒートポンプ、冷凍、電気加熱）、放射、貯蔵システムまたはそれらの組合せの大部分または実質的に全部に利用される。
態様では、非炭素系および/または再生可能エネルギー源は、風力、太陽光、地熱、水力電気、原子力、潮汐、波、海洋温度勾配電力、浸透圧発電またはそれらの組合せを含む。態様では、非炭素系エネルギー源は水素を含む。態様では、本明細書において記載される電化のための電気は、そのような再生可能および/または非炭素系エネルギー源から生成される。態様では、電気の一部または全部は、非再生可能および/または炭素系供給源、例えば、限定されることなく、炭化水素（例えば、再生可能または非再生可能炭化水素）、石炭、または炭化水素（例えば、再生可能または非再生可能炭化水素）に由来する水素の燃焼からのものである。
ほとんどの化学プラントから排出されるCO2の大部分は、プラントにエネルギーを供給するための化石燃料燃焼の結果である。本開示の態様による化学合成では、再生可能エネルギーを使用することの追加の利点は、排出される温室効果ガスの量が、炭化水素および/または化石燃料が燃焼され得る同等の従来の化学合成プラントまたは方法と比較して大幅に（例えば、少なくとも5％以上、少なくとも10％以上、少なくとも20％以上、少なくとも30％以上、少なくとも40％以上、少なくとも50％以上、少なくとも60％以上、少なくとも70％以上、少なくとも80％以上、少なくとも90％以上または少なくとも100％以上）減少することである。エネルギーを生成するために炭化水素（例えば、天然ガス、メタン）を燃やすと、二酸化炭素（CO2）が生成される。この生成は、本開示の態様による再生可能エネルギーの使用によって減少させるか回避することができる。本開示の態様では、生成される生成物1トン当たりの生成されるCO2の量は、化学生成物（例えば、オレフィン）1トン当たりCO2約1.6トン以下、約1.5トン以下、約1.4トン以下、約1.3トン以下、約1.2トン以下、約1.1トン以下、約1.0トン以下、約0.75トン以下、約0.5トン以下、約0.3トン以下、約0.25トン以下、約0.2トン以下、約0.1トン以下、約0.05トン以下または約0トン以下に減少する。さらに、本開示の態様では、再生可能エネルギーを使用すると、典型的には燃料用に燃やされていたこれらの炭化水素（例えば、天然ガス、メタン）が化学原料として使用するため（例えば、メタノールを製造するため）に有効活用され、これは価値の増大した用途である。
また、化学物質の生成に再生可能電気を使用すると、動作上の利点をもたらすことができる。例えば、態様では、電力を利用して、さらに正確かつ調整可能な熱の入力を提供して、例えば、反応器に従って温度プロファイルを制御するか、蒸留塔内の特定のトレイの温度を変更することができる。態様では、反応セクション（例えば、熱分解反応セクション）に電気加熱を使用すると、デコーキングがさらに良好に制御され、および/またはデコーキングがさらに速くなる。限定されることなく、他の例には、分離の効率を向上させるための電動式冷凍ユニットの使用、ならびに迅速に作動するオンデマンド電気ヒータおよび水蒸気生成器を用いる、および他の設備用途のための非効率なスタンバイ式ガス燃焼ボイラの置き換えが挙げられる。また、電気を使用すると、起動またはシャットダウン中の大きな動作上の利点を可能にするか、プロセス変動に対応することが可能になり得る。一般に、エネルギー源としての電気は、プロセスの変更に迅速に応答して、特定の位置に正確かつ調整可能な量で印加することができ、熱/燃焼エネルギーの使用を超える様々な利点をもたらす。
また、本開示の態様による再生可能電気を使用すると、複数の化学プラント（例えば、オレフィン合成プラントおよび隣接するアンモニア合成プラント、またはオレフィン合成プラントおよび隣接するメタノール合成プラント）にエネルギーを供給する設備のエネルギー効率を向上させることができる。例えば、酸素および窒素をいくつかの異なる生成設備に供給する空気分離ユニット内の圧縮機が再生可能電気によって動力供給される場合、天然ガスの燃焼から得られた水蒸気によってこの電力を供給するのに比べて大きなエネルギー利得を達成することができる。
エネルギー回収は、態様では、高温ヒートポンプまたは水蒸気再圧縮を介して提供されてもよい。プラントは、例えば、断続的エネルギー源（IES）が利用される際に使用するための熱および/またはエネルギー貯蔵をさらに備えてもよい。態様では、廃熱は、電気的に駆動されるヒートポンプを介して使用可能な温度レベルに高めることができる。他の態様では、制御弁の代わりに発電用タービンを使用することによって、プロセス流の圧力が低下した際にエネルギーを電気として回収することができる。他の態様では、熱電装置を使用してエネルギーを電気として回収することができる。
本開示の態様によれば、エネルギー源として天然ガスまたは他の炭化水素を置き換えるための再生可能電気の使用は、既存の化学プロセス（例えば、既存のオレフィン合成プラント）の改良の一部として、または新しい化学プラント（例えば、新しいオレフィン合成プラント）の設計の不可欠な構成要素として行うことができる。改良では、再生可能エネルギーを使用する機会は、水蒸気システムなどの既存の設計の要素に応じて決まり得る。改良では、これらの考慮事項に関係なく個々の機器を電化するとエネルギーの非効率性が生じる可能性があるため、エネルギー収支および水蒸気システム全体の慎重な検査が必要になる。態様では、表1に見られるように、（例えば、第3のカテゴリC3の）回転機器のための水蒸気駆動装置を電気モータに置き換えることによって、最も高い効率向上が達成される。ただし、様々な目的が、部分電化に様々な選択をもたらし得る。態様では、場合によっては、最初に（例えば、第1のカテゴリC1の）炭化水素燃焼炉を置き換えることによって、エネルギー効率の比較的小さな向上を犠牲にして比較的大きなCO2減少が実現され得る。態様では、熱エネルギーおよび/または水蒸気が複数の炭化水素源から得られる場合、最も高価なおよび/または汚染する燃料源を最初に排除することによって、最も有利な操作を達成することができる。再生可能エネルギーをどの程度含めることができ、既存の燃料消費および二酸化炭素（CO2）排出をどの程度まで減少させることができるかは、用途に応じて変化し得、本開示を読めば当業者の技術の範囲内であろう。
態様では、根本的な化学施設（例えば、根本的なオレフィン合成プラント）の設計に再生可能エネルギーを使用することを計画することにより、さらに優れたエネルギー効率およびさらに低いCO2排出の機会をさらに大きくすることができる。態様では、エネルギー効率の大きな向上を実現するために、電気によって（例えば、第3のカテゴリC3の）あらゆる回転機器に動力供給することが利用される。態様では、実質的に全部（または大部分、もしくは40％超、50％超、60％超、70％超、80％超もしくは90％超）の（例えば、第1のカテゴリC1および/または第2のカテゴリC2の）電気加熱が利用され、排煙の熱の損失による非効率性が実質的に低減されるか、回避までされる。態様では、（例えば、第2のカテゴリC2の）化石燃料の燃焼を介して生成された水蒸気の使用を最小限に抑えるか、完全に回避することができる。態様では、触媒の変化および/または反応器動作条件の変更を利用して、反応器内の発熱を少なくし、および/または燃やされる副生成物の生成を少なくすることが可能になる。態様では、本開示による再生可能電気の利用によって圧縮および冷凍の相対コストが変更されるため、再生可能電気の使用に基づくプラント（例えば、オレフィン合成プラント）設計により、分離操作の最適化を向上させることができる。そのような向上した分離は、態様では、ベント流からの少量の副生成物をさらに捕捉し、これらの少量の生成物を供給原料または生成物としてさらに使用するために有効活用することもできる。さらに、本開示の態様による低コスト電気を使用すると、限定されることなく、ハイブリッドガスおよび電気ヒータ、可変速圧縮機駆動装置、分散冷凍、ヒートポンプ、改良型蒸留塔、流体の受動的太陽光加熱、反応器温度プロファイルの正確な制御、新しい構築材料、ならびに電気的に冷凍された希釈剤を使用したクエンチまたは冷却などの新規技術の導入が可能になり得る。電気のコストが十分に低い場合、本明細書において教示されるような電気の利用は、新しい電気化学プロセスの導入に有利になり得る。新規建設の場合、例えば、（例えば、プラント全体の）水蒸気分配システムの欠如のために、プロセスを電気的に駆動する方が資本集約的ではない可能性がある。
本開示の態様によれば、非炭素系エネルギー、再生可能エネルギーおよび/または電気（再生可能、非再生可能、炭素系および/または非炭素系電気）は、限定されることなく、メタノール、アンモニア、オレフィン（例えば、エチレン、プロピレン）、芳香族、グリコールおよびポリマーを含むほぼあらゆる化学物質の生成に使用することができる。非炭素系エネルギー、再生可能エネルギーおよび/または電気は、態様では、化学物質および燃料生成のための供給原料の調製、例えば、メチルtert-ブチルエーテル（MTBE）合成、分解、異性化および改質にも使用することができる。そのような態様では、上記のように、プラント/プロセスまたはそのセクション全体の加熱の一部（例えば、少なくとも約10、少なくとも約20、少なくとも約30、少なくとも約40または少なくとも約50％）、大部分（例えば、少なくとも約50、少なくとも約60、少なくとも約70、少なくとも約80、少なくとも約90または少なくとも約95％）または全部（例えば、約100％）が電気加熱によって提供され得、および/またはプラント/プロセスまたはそのセクション全体の冷却の一部（例えば、少なくとも約10、少なくとも約20、少なくとも約30、少なくとも約40または少なくとも約50％）、大部分（例えば、少なくとも約50、少なくとも約60、少なくとも約70、少なくとも約80、少なくとも約90または少なくとも約95％）または全部（例えば、約100％）が電気冷却によって提供され得る。オレフィン合成（例えば、水蒸気分解）用途における再生可能エネルギー、非炭素系エネルギーおよび/または電気の使用を以下に開示する。
2019年1月15日に出願され、「Use of Renewable Energy in Olefin Synthesis」と題された米国仮特許出願第62/792,612号および米国仮特許出願第62/792,615号、「Use of Renewable Energy in Ammonia Synthesis」と題された米国仮特許出願第62/792,617号および米国仮特許出願第62/792,619号、「Use of Renewable Energy in Methanol Synthesis」と題された米国仮特許出願第62/792,622号および米国仮特許出願第62/792,627号、ならびに「Use of Renewable Energy in the Production of Chemicals」と題された米国仮特許出願第62/792,631号、米国仮特許出願第62/792,632号、米国仮特許出願第62/792,633号、米国仮特許出願第62/792,634号および米国仮特許出願第62/792,635号の開示は、本開示に反しない目的のため、本明細書に組み入れられる。
本開示は、軽質オレフィン（例えば、エチレン、プロピレン、ブチレン、ブタジエン）を生成するためのオレフィン合成プラントであって、オレフィン合成プラントの同様のユニットまたは単位操作の1つまたは複数のセクション、ユニットまたは群によって必要とされる正味エネルギーの大部分が、非炭素系エネルギー源（例えば、炭化水素などの炭素系燃料の燃焼によって生成されない）、再生可能エネルギー（例えば、非化石燃料由来エネルギー（ENF）から）、および/または電気からの非炭素系エネルギー（ENC）によって供給されるように構成されたオレフィン合成プラントを記載する。ENC源またはENF源は、態様では、電気を含むか、電気を主に含むか、電気から本質的になるか、電気からなり得る。態様では、ENC源またはENF源は、再生可能電気を含むか、再生可能電気を主に含むか、再生可能電気から本質的になるか、再生可能電気からなり得る。態様では、オレフィン合成プラント全体、プラントのセクション（例えば、供給物前処理セクション、熱分解反応セクション、一次分留および圧縮セクションおよび/または生成物分留セクション）、同様のユニットの群（例えば、圧縮機、動力供給ユニット、加熱ユニット、リボイラ、冷却ユニット、冷凍ユニット、セパレータ、蒸留/分留塔、炉/熱分解反応器、リボイラ）、もしくはプラントの単位操作（例えば、圧縮、動力供給、分解操作、分離、加熱操作、冷却操作）、またはそれらの組合せによって必要とされる正味エネルギーの一部（例えば、約5以上、約10以上、約20以上、約30以上、約40以上、約50以上）、大部分（例えば、約50％以上、約60％以上、約70％以上、約80％以上、約90％以上または約95％以上）または全部（例えば、約100％）が、電気、再生可能エネルギー（例えば、非化石燃料由来エネルギー（ENF））および/または非炭素系エネルギー（ENC）によって供給される。態様では、再生可能エネルギー源、例えば、限定されることなく、風力（例えば、風力タービンを介して）、太陽光（例えば、光起電力（PV）パネルまたは太陽熱）、水力電気、波、地熱、原子力、潮汐、置換作物におけるCO2の関連する捕捉を伴うバイオマス燃焼、またはそれらの組合せから電気が供給される。態様では、オレフィン合成プラント全体、プラントのセクション（例えば、供給物前処理セクション、熱分解反応セクション、一次分留および圧縮セクションおよび/または生成物分留セクション）、ユニット、もしくは同様のユニットの群（例えば、圧縮機、動力供給ユニット、加熱ユニット、リボイラ、冷却ユニット/冷凍ユニット、セパレータ、蒸留/分留塔、炉/熱分解反応器、リボイラ）、もしくはオレフィン合成プラントの単位操作（例えば、圧縮、動力供給、分解操作、分離、加熱操作、冷却操作）、またはそれらの組合せによって必要とされ、燃料、炭素系燃料および/または化石燃料の燃焼および/または中間熱（および/またはエネルギー）伝達流体としての水蒸気（例えば、それ自体がそのような燃料の燃焼によって生成された）の使用を介して類似のオレフィン合成プラントに従来供給されていた電気、再生可能エネルギー（例えば、非化石燃料由来エネルギー（ENF））または非炭素系エネルギー（ENC）の一部（例えば、約5以上、約10以上、約20以上、約30以上、約40以上、約50以上）、大部分（例えば、約50％以上、約60％以上、約70％以上、約80％以上、約90％以上または約95％以上）または全部（例えば、約100％）が、燃料、炭素系燃料および/または化石燃料を燃焼させることなく、および/または中間熱（および/またはエネルギー）伝達流体としてそのような燃料の燃焼により生成された水蒸気を使用することなく供給される。態様では、プラント全体、またはプラントの同様のユニットの1つもしくは複数のセクション、ユニットもしくは群の正味エネルギーは、再生可能エネルギー源からの電気によって供給される。例えば、態様では、加熱は、抵抗加熱によって、または他の方法で電気エネルギーを熱エネルギーおよび/または機械的エネルギーに変換することによって電気的に提供される。
態様では、本開示のオレフィン合成プラントは、1つもしくは複数の熱分解反応器、供給物調製システム、生成物精製システムまたはそれらの組合せを介して利用される動力供給、加熱、冷却、圧縮またはそれらの組合せに必要な正味エネルギーの大部分（例えば、50％超、60％超、70％超、80％超または90％超）が電気によって供給されるように構成される。
態様では、本開示の態様によるオレフィン合成プラントは、1年当たり約10,000トン以上、1年当たり約500,000トン以上、1年当たり約1,000,000トン以上、1年当たり約3,000,000トン以上または1年当たり約10,000,000トン以上のエチレンの生成能力を有する大型プラントである。本開示で予測される比較的大きなサイズでは、非炭素系エネルギー源、再生可能エネルギー源および/または電気によって供給されるエネルギーの量はそれに応じて多くなる。態様では、本開示の方法による部分的または完全に電化されたプラントは、50MW以上、100MW以上、150MW以上、200MW以上、250MW以上、500MW以上または750MW以上の電気を消費する。
石油化学生成物の主要な成分であるオレフィンを生成するための炭化水素の水蒸気分解は、エネルギー集約的なプロセスである。水蒸気分解によって生成されるオレフィンには、軽質オレフィン、例えば、エチレン、プロピレン、ブテン、ブタジエンなどが含まれる。そのようなオレフィンは、例えば、ポリマー、化学中間体および合成ゴムの製造に利用することができる。n-ブテン、イソブチレン、ブタジエン、イソプレンおよび熱分解ガソリンなどの副生成物も生成される。供給流は、ナフサ、エタン、プロパン、ブタン、LPG、凝縮物、軽油、未変換ハイドロワックス（unconverted hydrowax）（水素化分解装置底部）、フィッシャートロプシュワックス、水素化処理された原油および原油誘導体、リサイクルプラスチック、バイオオイルまたはそれらの組合せを含むことができる。
本明細書において開示されるように、オレフィン合成プラントの特定の態様を利用してオレフィン合成プラントの電化を説明するが、本明細書における説明を読めば当業者には明らかであるように、本開示に従って、ユニットの多数の配置、および様々な水蒸気分解または他のオレフィン合成技術を電化することができることを理解されたい。さらに、特定のオレフィン合成プラントおよび方法（例えば、水蒸気分解プラントおよび方法）を参照して説明したが、本明細書において記載されるような電化は、水蒸気分解（例えば、石炭または石油コークスのガス化）以外の技術を利用するオレフィン合成プラントで利用することができ、そのような態様は、本開示の範囲内であることが意図されていることを理解されたい。
一般化された水蒸気分解プラントまたはプロセスIのブロックフロー図である図3を参照すると、水蒸気分解プラントは、供給流5を所望のオレフィン生成物流50に変換するための以下のプロセスセクション、すなわち、供給物前処理セクション10、熱分解反応セクション20、一次分留および圧縮セクション30、生成物分留もしくは「分離」および圧縮セクション40、またはそれらの組合せのうちの1つまたは複数を含むと考えられ得る。そのようなセクションは、次の数段落で簡単に説明され、以下にさらに詳細に説明される。
図3の水蒸気分解ブロックフロー図に示すように、水蒸気分解プラントIの供給物前処理セクション10は、供給物5の圧力を調整し、場合によっては供給物から望ましくない成分（例えば、二酸化炭素（CO2）、水銀、水）を除去し、入ってくる供給物を貯蔵供給物と組み合わせて熱分解反応セクション20に対する供給物の変動を最小限に抑え、および/または供給物5を予熱して前処理された供給流15を提供するように構成することができる。
熱分解反応セクション20は、水蒸気の存在下で炭化水素を分解して分解ガス流を生成するように構成された少なくとも1つの水蒸気分解器または「熱分解」炉と、分解ガス流から熱を回収して、冷却された分解流25を提供するための伝達ライン交換器（TLE）または何らかの他の熱伝達装置とを備えることができる。従来、水蒸気分解プラントの炉は、メタンおよび水素などの燃料の燃焼によって高温環境を作り出している。このプロセスは、従来の水蒸気分解プラント/プロセスからの二酸化炭素排出の主な発生源である。炉は、典型的には、反応器管が分解反応が起こる温度まで加熱される放射セクションと、供給原料が予熱され、反応器管に導入される前に希釈水蒸気と混合される対流セクションとを備える。炉の対流セクションはまた、典型的には、熱を回収し、水蒸気を生成するために利用され、これは、下流の圧縮機を駆動するため、および加熱目的のために従来利用されている。以下に記載される熱分解セクションの1つまたは複数の変更によって、二酸化炭素排出を減少させることができ、燃料として従来燃やされていた炭化水素（例えば、メタン、エタン）を化学物質生成のための追加の供給原料として利用することができ、過剰な水蒸気生成（例えば、熱分解反応セクション20の炉内の希釈剤として利用されるものに加えて）を減少させるか排除することができ、および/または炉のエネルギー効率を向上させることができる。
一次分留および圧縮セクション30は、冷却された分解ガス流25からさらに熱回収し、冷却された分解ガス流25をクエンチし、分解ガス流25から1つまたは複数の成分（例えば、燃料油、硫化水素、二酸化炭素、水またはそれらの組合せ）を除去し、および/または分解ガス流25を圧縮し、それにより、圧縮された分解ガス流38を提供するように構成することができる。
生成物分留または分離セクション40は、圧縮された分解ガス流38を分留し、分留中に生成された1つまたは複数の流れを選択的に水素付加し、1つまたは複数のオレフィン（例えば、エチレン、プロピレン）生成物流50を提供するように構成することができる。生成物分留または分離セクション40はまた、1つまたは複数の副生成物流60、例えば、限定されることなく、C1流、C2飽和流、C3飽和流、C4飽和流、アセチレン流、ブタジエン流、1-ブテン流、イソブチレン流、芳香族流、水素流、熱分解ガソリン流および/または燃料油流、またはこれらの成分の組合せを含む流れを提供し得る。これらの流れの一部は、水蒸気分解プラントIの1つまたは複数のセクションに再循環されてもよい。例えば、限定されることなく、C2、C3および/またはC4飽和流は、熱分解反応セクション20の熱分解炉のうちの1つまたは複数に再循環されてもよく、水素は、精製され（例えば、COを除去するための圧力スイング吸着ユニット（PSA）およびメタン化反応器を介して）、水素付加反応器（例えば、C2、C3、アセチレンまたはジオレフィン水素付加器）に再循環され、および/または燃料源として（例えば、燃料電池を介して）利用されてもよい。C1流はまた、燃料として使用するために（例えば、そこから水素を生成するために）再循環されてもよい。
図3に示され、上述されたように、水蒸気分解プラント、またはユニットの1つもしくは複数のセクションもしくは群、同様のユニット、もしくはその単位操作（従来、炭素系エネルギー源からの炭素系エネルギー（EC）2A、化石燃料系エネルギー源からの化石燃料由来エネルギー（EF）3Aを介して、または熱もしくはエネルギー伝達媒体（SHT）1としてのみもしくは主に、水蒸気（例えば、炭素系エネルギー源または化石燃料系エネルギー源から得られたエネルギーを使用してこの目的のために生成された水蒸気）の使用を介して提供され得る）への、またはそれらの中のエネルギー（E）入力は、非炭素系エネルギー源からの非炭素系エネルギー（ENC）2B、再生可能エネルギー源からの再生可能/非化石燃料系エネルギー（ENF）3B、および/または電気（例えば、電気および/または再生可能電気）によって部分的または完全に置き換えられてもよい。炭素系エネルギー（EC）2A、化石燃料由来エネルギー（EF）3Aまたはその両方は、電気によって部分的または完全に置き換えることができる。態様では、電気は、非炭素系燃料、再生可能燃料またはそれらの組合せから得られてもよい。本明細書において開示されるシステムおよび方法を介して得られる利点は、水蒸気分解プラントまたはプロセスからの温室効果ガス（GHG）排出4の減少であり得る。態様では、水蒸気システムの上記の排除または減少はまた、資本コストおよび運転コストを低下させ得る。
本開示によれば、プロセス流を冷却する場合、可能な限り多くの熱を使用して他のプロセス流を加熱するべきである。ただし、特定の温度未満では、追加の熱伝達はもはや有効でも有用でもなく、送風機、冷却水および/または冷凍（除熱のためにエネルギー入力を必要とする）が利用される。そのような態様では、例えば、プロセス流の温度を変化させるための熱交換器、冷凍ユニットまたはそれらの組合せが電気的に動力供給され得る。態様では、水蒸気は、中間熱および/またはエネルギー伝達流としてのみ利用されるのではなく、プラントまたはそのセクションは、エネルギー伝達に従来使用されているような複雑な水蒸気システムを備えない。態様では、水蒸気は熱伝達流体として使用され、例えば、ポンプまたは圧縮機を駆動するための機械的仕事を行うために使用されない。態様では、加熱は抵抗加熱によって提供される。態様では、加熱は誘導加熱によって提供される。
本明細書において提供される例によって限定されることを意図するものではないが、本開示の態様に従って水蒸気分解プラントを電化することができる方法のいくつかの説明が、図4の例示的な水蒸気分解プラントIIを参照してここで提供される。様々な態様では、記載された工程、セクション、ユニットまたは単位操作は、任意の好適な順序で行われてもよく、工程、セクション、ユニットまたは単位操作のうちの1つまたは複数は、存在しなくてもよく、繰り返されてもよく、異なる工程、セクション、ユニットまたは単位操作に置き換えられてもよく、本明細書において記載されていない追加の工程、セクション、ユニットまたは単位操作が使用されてもよい。
図3の態様を参照して上述したように、態様では、本開示の水蒸気分解プラントは、供給物前処理セクション10/110を備える。供給物は、供給流105を介して水蒸気分解プラントIIに導入される。供給物は、供給物前処理装置110で前処理されて、前処理された供給物115を生成する。供給物前処理は、供給物の圧力を調整することを含むことができる。例えば、膨張器を利用して、供給物ライン圧力（例えば、500psig）を単位圧力（例えば、約50psig）に変換してもよい。本開示の態様では、この膨張中に生成されるエネルギーは、例えば、発電機を駆動することによって電気として取り込むことができる。供給物105が望ましくない高レベルの二酸化炭素（CO2）を含む態様では、電気駆動ユニットを利用してCO2を除去してもよい。例えば、態様では、アミン吸収プロセスを使用することができ、電気熱を利用して、再生中に豊富なアミンから吸収されたCO2を除去してもよい。これは、例えば、水蒸気ストリッピングの代わりに利用されてもよく、CO2除去ユニット、水蒸気分解プラントの前処理セクション10/110、および水蒸気分解プラント全体によって必要とされる水蒸気の量を減少させる可能性がある。
供給物が望ましくないレベルの水銀を含む態様では、供給物前処理は、水銀除去をさらに含むことができる。例えば、態様では、供給流105から水銀を除去するために水銀トラップが利用される。そのような態様では、水銀トラップの再生は、電気的に（例えば、電気加熱によって得られた高温ガスを用いて）行うことができる。
供給物の組成の実質的な変動が懸念される態様では、供給物のパイプライン変動の影響を最小限に抑えるために、一部の供給物を液体として貯蔵してもよい。供給物がエタンおよび/またはプロパンである態様では、電動圧縮機および/または熱電装置によって冷凍を行うことができる。そのような態様では、貯蔵された冷エタンおよび/またはプロパンは、供給物として使用される前に冷媒として使用されてもよく、例えば、比較的温かいエタンおよび/またはプロパンを熱分解反応セクション20/120に導入する前に別のプロセス流を冷却するために利用することができる。
供給物前処理10/110は、供給物予熱110’をさらに含んでもよい（図4）。態様では、供給物予熱は、熱分解生成物ガスとの熱伝達（および熱分解生成物ガスの冷却）によって可能な範囲まで行われる。供給物予熱110’は、熱分解反応器の生成物との熱交換および/または熱分解反応器内の熱交換によって行うことができるため、図4では熱分解反応セクション120とともに示されている。熱伝達は、1つまたは複数の供給/流出熱交換器によって直接的に、および/または熱伝達剤（例えば、Dowthermまたは水蒸気）を使用することによって間接的に行うことができる。水蒸気（「希釈水蒸気111」）は、希釈剤として炭化水素供給物に導入されるため、熱分解生成物との熱伝達によって、または電気加熱によって水蒸気を生成し、水蒸気を使用して、比較的高温の水蒸気と比較的低温の供給物とを組み合わせることによって供給物を予熱することが望ましい場合があり、これは、そのような水蒸気は、この場合、中間熱伝達媒体または中間エネルギー伝達媒体として使用するためだけに生成されているのではなく、熱分解反応器内で希釈剤として利用されているためである。態様では、供給物を予熱するために利用される熱交換器は、内蔵加熱要素を備える。態様では、供給物は、熱分解反応器の生成物の冷却からさらに多くの利用可能な熱が利用され得るように、従来の水蒸気分解で典型的に使用されるよりも高い温度まで（例えば、エタンの場合、600～675℃を超える温度まで）予熱されてもよい。態様では、供給物は、抵抗加熱によって（例えば、供給物を運ぶパイプと熱的に接触しているが必ずしも電気的に接触していないワイヤを通って流れる電気を介して）所定の温度まで加熱される。態様では、熱分解反応器の放射セクション内の熱が供給物を予熱するために利用され、その中の熱は、供給物を予熱するために利用可能な熱エネルギーに電気を変換する任意の好適な方法によって電気的に生成される。態様では、供給物は、注入前に過熱希釈水蒸気111によって予熱され、希釈水蒸気は、上述されるような電気加熱の様々な方法のいずれかなどによって加熱される。態様では、水蒸気は、混合点で比較的低温の供給流の温度を超える温度まで電気的に加熱されて、組合せ流の温度を急速に上昇させる。態様では、水蒸気は、熱分解反応器の温度を超える温度まで電気的に加熱され、熱分解反応器に入る直前に比較的低温の供給物に注入され、その結果、反応温度までの供給物の最終加熱は、望ましくない反応を防止するのに十分急速に行われる。態様では、高温水蒸気を注入して断熱分解（adiabatic cracking）を開始し、熱分解反応器内のエネルギー入力を部分的または完全に減少させる。態様では、水蒸気または他の希釈剤の圧力は、再生可能エネルギーによって動力供給される装置によって、必要なプロセス圧力まで上げられる。そのような装置には、限定されることなく、電気的に加熱されるか、再生可能エネルギー源からの熱によって供給される蒸気圧縮機、ポンプまたは密閉容器が含まれ得る。態様では、供給物は、インピーダンスによって予熱される（例えば、供給物を運ぶ導管を通って電気が流れる場合）。態様では、供給物は、オーム加熱、またはプラズマ、または電気アーク、または無線周波（RF）、または赤外線（IR）、またはUV、および/またはマイクロ波によって直接加熱され得る。態様では、供給物は、抵抗加熱された要素を通過することによって予熱され得る。態様では、供給物は、誘導（例えば、振動磁場）によって予熱され得る。態様では、供給物は、電気によって駆動される機械的手段によって加熱され得る。態様では、供給物は、ヒートポンプによって予熱され得る。態様では、供給物は、高温の不活性ガスまたは別の媒体を管に通すことによって予熱され、高温の不活性ガスまたは別の媒体は、電気的に加熱される（例えば、前述の方法のいずれかなどを介して）。態様では、供給物は、電気的に加熱される放射パネルによって予熱される（例えば、前述の方法のいずれかなどを介して）。いくつかの態様では、上記の組合せによって、所定の温度までの加熱が行われ得る。
上述したように、態様では、可能な範囲まで、燃料は排煙の同時生成によって燃やされず、および/または水蒸気（または一般的な水蒸気システムを介した過剰な水蒸気）の生成は、本開示の態様に従って最小限に抑えられる。態様では、排煙に含まれる熱の大気への損失が排除されるため、排煙の排除によってエネルギー効率が向上する。したがって、本明細書において開示される水蒸気分解システムおよび方法は、態様では、資本コスト、環境面の許容および監視、操作の容易さ、および/またはコークス形成を最小限に抑えるように設計された加熱の点で利点を提供することができる。
図3および図4の態様を参照して上述したように、本開示の水蒸気分解プラントは、熱分解反応セクション20/120を備える。熱分解反応セクション20/120は、1つもしくは複数の熱分解反応器もしくは熱分解炉、1つもしくは複数の伝達ライン交換器（TLE）、またはその両方を備えることができる。図4の態様のボックス120を介して示されるように、反応セクション20/120の熱分解反応器は、供給物予熱から分離され得、および/またはそれと一体化され得る。例えば、態様では、熱分解反応器は、供給物予熱のために上記の加熱要素と組み合わせることができる（例えば、その中に備えることができる）。態様では、電気的に加熱された炉が使用される。態様では、電気加熱のみが使用され、対流セクション、排煙熱回収および/または排煙は存在しない。態様では、熱は放射パネルに電気的に供給され、次いで放射パネルが放射によって熱分解反応器に熱を伝達する。態様では、熱分解炉は、電気加熱および燃料ガス燃焼の両方を介して動作可能なハイブリッド炉である。エネルギーが電気によって水蒸気分解の他の部分に供給されるが、熱分解セクションが燃焼によって加熱される態様では、炉の設計および/または操作は変更され（例えば、物理的設計、空気/燃料比、燃料供給速度、および/または他の変数を変化させることによって）、その結果、高温燃焼ガスが放射セクションを出る温度が低下し、対流セクション内で回収されなければならないエネルギーの量が最小限に抑えられる。態様では、熱分解反応セクション内の電気加熱によって熱を適用して、燃料の燃焼（および排煙の同時生成）によって加熱された熱分解反応器と比較して、得られる温度プロファイルを強化または最適化することができる。態様では、熱分解反応セクションの電気加熱は、従来は対流バンク内の共有の排煙流を介して互いに結合されていたヒータの独立した操作を可能にする。態様では、熱分解セクション内の熱をさらに正確に制御することにより、さらに高い平均熱分解反応器温度を使用することが可能になる。態様では、電気を利用して（直接的または間接的に）フリーラジカルを生成して、熱分解反応を開始する。そのようなフリーラジカルは、例えば、供給物炭化水素の一部が分解してラジカルを生成する温度まで供給物炭化水素を加熱することによって間接的に、または1つもしくは複数のプラズマ源、例えば、誘電体バリア放電、冷プラズマ、コロナ放電、グロー放電、グライディングアーク、火花放電および/またはマイクロ波プラズマによって直接的に生成することができる。1つまたは複数のプラズマ源は、熱分解反応器内に配置され、熱分解反応器内に存在する反応物を制御するプラズマを生成することができる。フリーラジカルは、態様では、インサイチューまたはエクスサイチュー（例えば、反応器内または反応器外）で生成することができる。フリーラジカルは、態様では、超音速高温ガス流によって生成することができる。フリーラジカルは、態様では、紫外（UV）放射線または可視放射線の照射下での光解離によって、例えば、紫外光子、真空紫外（VUV）光子などの照射によって、インサイチューまたはエクスサイチューで生成することができる。いくつかの態様では、インサイチューでのラジカル生成は、供給物が熱分解温度に達する直前に起こる。いくつかの態様では、エクスサイチューでの生成は、キャリアガスの存在下で起こる。いくつかの態様では、このキャリアガスは、エタン、プロパンまたは窒素を含む。態様では、エクスサイチューで生成されたラジカルは、供給物が熱分解温度に達する直前に供給流に注入される。態様では、ラジカルは、1つまたは複数の熱分解反応器の長さに沿った複数の点で注入される。
態様では、希釈水蒸気111は、代替的な希釈剤によって少なくとも部分的に置き換えられるか提供される。（本明細書における「水蒸気分解」への言及は、そのような態様を包含することを意図している。）例えば、態様では、希釈剤は、窒素、メタン、水素またはテールガス（例えば、生成物分留セクション40/140の脱メタン塔からのメタン（C1）および水素（H2）を主に含む脱メタン塔テールガス）を含む。態様では、熱分解反応セクション20/120の熱分解反応器を加熱するために電気を使用すると、熱分解反応器内のプロセス管（例えば、供給物および熱分解生成物が通過する管）を構築するために様々な材料を利用することが可能になる。
本明細書において開示される水蒸気分解プラントおよび水蒸気分解方法によって、デコーキングが減少し得る。しかし、デコーキングは、態様では、熱風、水蒸気または他のガスを熱分解反応器管に導入することによって行われ得る。態様では、デコーキングガスを電気的に加熱し、かつ/または電気加熱を利用してデコーキングプロセスを制御する。態様では、本明細書において開示される水蒸気分解プラントは、従来の水蒸気分解プラント（例えば、燃料の燃焼を利用して熱分解反応器を加熱する）よりもゆっくりとコーキングするか、それよりも速くデコーキングするか、その両方である。態様では、デコーキングに使用される水蒸気は、電気ヒータまたは電極式ボイラによって生成される。
本明細書において開示される水蒸気分解プラントは、反応を停止し（例えば、分解ガス生成物流122中の分解ガス生成物の温度を約350から約600℃まで急速に低下させるために）、TLEクエンチ分解ガス流125を生成するための第1の工程である急冷（または「一次クエンチ」）を提供するように動作可能なTLE123を備えることができる。態様では、初期TLEクエンチは、望ましくない反応の発生を停止するのに必要な最高温度までのみ温度を下げ、残りの熱は後続の熱交換器内で除去される。TLEクエンチは、供給物に熱を戻し、それにより供給物を予熱するために、ガス-ガス熱交換を介して行われてもよい。態様では、TLE123は、熱伝達媒体（例えば、Dowthermまたは水蒸気）を使用して間接的に熱を移動させてもよい。態様では、TLEは複数のセクションを備えてもよく、それによって複数の温度で熱伝達を行うことができ、ひいては単一のセクションTLEよりも多くの熱を捕捉することが可能になる。態様では、TLEを介するのではなく、低温流体の注入を介して熱分解反応がクエンチされる。本開示の態様によれば、そのような低温流体は、電気的に冷却/生成され得る。態様では、希釈水蒸気111は、TLEクエンチ123でのTLEとの熱交換によって生成され得る。
図3および図4の態様を参照して上述したように、本開示の水蒸気分解プラントは、一次分留および圧縮セクション30/130を備える。一次分留および圧縮セクション30/130は、冷却された分解ガス流25/125からさらに熱回収し、冷却された分解ガス流25/125をクエンチし、分解ガス流25/125から1つまたは複数の成分（例えば、燃料油、熱分解ガソリン、熱分解油、硫化水素、二酸化炭素、水またはそれらの組合せ）を除去し、および/または分解ガス流25/125を圧縮し、それにより、圧縮された分解ガス流38/138を提供するように構成することができる。態様では、一次分留および圧縮セクション30/130は、分解ガス冷却器、油および/または水クエンチおよび/または油および/または水分離131（簡潔にするために、本明細書において「クエンチおよびプロセス水システム」131とも呼ばれる）、分解ガス圧縮133、酸性ガス除去135、水除去137またはそれらの組合せを含むことができる。
本明細書において開示される水蒸気分解プラントは、TLEクエンチ分解ガス流125から追加の熱を抽出するように動作可能な分解ガス冷却器を備えることができる。そのような分解ガス冷却器は、直接ガス-ガス熱交換を介して動作して供給流105を予熱することができ、希釈水蒸気を生成するために利用することができ、プラント内の他の場所で熱統合に使用される熱を回収するために（例えば、供給流105を予熱すること以外、またはそれに加えて）利用することができ、および/またはガスを冷却しながら電気を生成するために（例えば、熱電装置を介して）利用することができる。
態様では、本明細書において開示される水蒸気分解プラントは、クエンチ（例えば、二次クエンチ）およびプロセス水システム、例えば、水および生成された高分子量炭化水素を凝縮するように動作可能な、図4の態様のクエンチおよび水プロセスシステム131を備えることができるか、そのような水クエンチシステムは、以下に説明するように置き換えることができる。クエンチおよび水プロセスシステム131内で除去された熱は、熱統合に利用することができる。態様では、熱を利用して供給流105を予熱することができる。態様では、熱電装置を利用して、プロセス流を直接冷却するか、水クエンチ流126を冷却してもよく、いくつかの態様では、電気を生成してもよい。態様では、吸収式チラーを利用して、電気冷凍を使用する従来よりも低い温度までプロセス流またはクエンチ水流126を冷却する。態様では、ヒートポンプが利用される。態様では、クエンチ水から油を分離するために電気が利用される。
態様では、本明細書において開示される水蒸気分解プラントは、プロセス水のためのストリッパリボイラを備えることができる。そのような態様では、電気ヒータを利用して、プロセス水ストリッパリボイラを加熱することができる。態様では、電極式ボイラ（例えば、水中に電流を印加することによるオーム抵抗加熱を介して動作される）は、再循環されたプロセス水を気化させるために（例えば、希釈水蒸気111を生成するために）利用される。態様では、浸漬ヒータを使用してプロセス水を気化させる。供給物予熱セクション110’で上述したように、態様では、電気ヒータを希釈水蒸気過熱に利用して、水蒸気を従来の設計よりも高い温度まで過熱することができる。態様では、電気ヒータは、温度制御のために、および温度駆動力の制限を克服するために、選択されたクエンチ水冷却用途に利用される。態様では、熱電装置を使用して、クエンチ水熱回収では加熱用途のために水を加熱しながら、クエンチ水温度を変更してクエンチ水塔に還流する水をさらに冷却し、両用途でさらに良好な温度駆動力を得てもよい。
同様の電化は、分解ガス冷却器の油クエンチおよび/または油分離、ナフサまたは軽油分解器の油および/または水クエンチおよび/または油および/または水分離131に利用することができる。
態様では、本明細書において開示される水蒸気分解プラントは、流れ132中のクエンチ分解ガスを圧縮して圧縮された分解ガス流134を生成するための1つまたは複数の段（例えば、1、2、3、4または5つの一次圧縮段）を備える分解ガス圧縮セクション（または「一次圧縮セクション」）133を備えることができ、各圧縮段は、1つまたは複数の圧縮機を備える。態様では、従来の水蒸気分解プラント（一次圧縮セクション内、または水蒸気分解プラント内の他の場所（例えば、1つまたは2つの圧縮段を備える二次圧縮セクションであって、各圧縮段が1つまたは複数の圧縮機を備える、二次圧縮セクション）、プロピレン冷凍圧縮機もしくは圧縮セクションおよび/またはエチレン冷凍圧縮機もしくは圧縮セクション）の水蒸気タービンは、電気モータに置き換えられる。多段圧縮セクションの各段に電気モータ（例えば、電動駆動圧縮機）を利用することができるか、群固有の圧縮段に特定のモータを利用してもよい。これにより、最適化が可能になり得る。態様では、使用されるモータのうちの1つまたは複数が、可変速モータである。態様では、1つまたは複数の電動駆動圧縮機を利用することによって、下流の生成物分離セクション40/140内の圧力を増加させることができ、それにより冷凍の必要性を減少させることができる。そのような態様では、プロセスは、追加の圧縮機デューティを伴うが、設備デューティが少なくなり得る。代替的な態様では、圧力が低下されてもよく、その結果、冷凍を増加させる必要が生じる。そのような態様では、プロセスは、比較的少ない圧縮機デューティを伴うが、設備デューティが多くなり得る。そのような増加および低下した圧力の態様は、圧力の従来にない最適化を可能にする。上記の分解ガス圧縮機の電化により、水蒸気分解プラントに従来組み込まれている炭化水素燃焼スタンバイ式ボイラを排除して、水蒸気供給の変動に対処することが可能になり得る。したがって、態様では、本開示の水蒸気分解プラントは、炭化水素燃焼ボイラを備えない。態様では、信頼性を高めるために、分解ガス圧縮133の1つまたは各圧縮段の上流の蒸気/液体セパレータに組み込まれた熱電装置が使用される。そのような熱電装置は、ガスを最初に冷却してさらに多くの凝縮をもたらすが、ガスを再加熱して、同伴され得るいかなる液滴も排除するのを助け、それにより、液滴衝突による浸食から圧縮機ブレードを保護する。態様では、1つまたは複数の圧縮機は、電気モータ駆動装置、水蒸気タービン駆動装置および/またはガスタービン駆動装置を備えるマルチ駆動システムによって動力供給される。態様では、圧縮機タービン用の水蒸気を生成するために電極式ボイラが使用される。いくつかの態様では、圧縮機タービン用の水蒸気は、連続的に生成される。他の態様では、電極式ボイラからの水蒸気は、断続的な動作状況に対処するために短期間だけ必要とされる。
従来の水蒸気分解プラントでは、エチレン生成のエネルギー集約的性質に起因して、分解ガスから回収されたエネルギーの大部分が、高圧（例えば、1800psi）水蒸気を作るために使用されている。この水蒸気は、分解ガスを圧縮するためのタービン、プロピレン冷凍圧縮機、エチレン冷凍圧縮機、ポンプなどを駆動するために利用される。本開示の態様によれば、水蒸気は、例えば、分解ガスを圧縮するためのタービン（例えば、一次および/または二次分解ガス圧縮セクション、段または圧縮機で）、プロピレン冷凍圧縮機、エチレン冷凍圧縮機またはそれらの組合せを駆動するための機械的仕事を提供するために利用されない。
本明細書において開示される水蒸気分解プラントは、圧縮ガス流134から酸性ガス（例えば、硫化水素、二酸化炭素）を除去して酸性ガス低減流136を生成するための酸性ガス除去システム135を備えることができる。（これは、供給物前処理セクション10/110で説明したアミン吸収システムと同じシステムであってもよいし、異なるシステムであってもよい。）従来の酸性ガス除去システムは苛性スクラバである。態様では、このようなシステムは、電化アミンシステムに置き換えられ、それによって、使用済み苛性流は生成されない。アミンシステムは、本開示の態様によれば、アミン流を再生するために使用されるストリッパを電気ヒータにより加熱することによって電化することができる。態様では、この電気ヒータは浸漬ヒータである。
態様では、本明細書において開示される水蒸気分解プラントは、水分を除去するように構成された水分除去装置または乾燥機、例えば、酸性ガス低減流136から水を除去し、乾燥分解ガス流138を生成するように構成された水除去装置137を備えることができる。態様では、乾燥機のための再生は、電気的に加熱されたガスを用いて行われる。態様では、再生プロセスを加速するために、容器が電気的に加熱される。態様では、再生ガスからの水を凝縮するために閉ループシステムが利用される。
図3および図4の態様を参照して上述したように、本開示の水蒸気分解プラントは、生成物分留セクション40/140を備える。生成物分留または分離セクション40/140は、圧縮された分解ガス流を分留し、分留中に生成された1つまたは複数の流れに存在する1つまたは複数の成分を選択的に水素付加し、1つまたは複数のオレフィン（例えば、エチレン、プロピレン）生成物流50/150を提供するように構成することができる。態様では、生成物分留または分離セクション40/140は、蒸留（例えば、極低温蒸留）146、極低温冷凍143、ジオレフィンおよび/またはアルキン水素付加139、水素精製、抽出、成分（例えば、エタン）再循環142またはそれらの組合せを含むことができる。
本明細書において開示される水蒸気分解プラントは、1つまたは複数の冷凍または極低温冷凍セクション143の1つまたは複数の冷凍圧縮機を備えることができる（例えば、エチレン冷凍、プロピレン冷凍、極低温蒸留の場合）。本開示の態様によれば、冷凍圧縮機のうちの1つまたは複数は、電化することができる。態様では、各冷凍ループを個々の用途に合わせて調整することを可能にするために、追加の圧縮機および/または段が利用される。態様では、従来のエチレンおよびプロピレンではなく、例えば、窒素（N2）、二酸化炭素（CO2）、または冷媒の混合物などの異なる作動流体が利用される。態様では、供給物エタンまたはプロパンは、電気（例えば、IESから）が利用可能であるか安価な場合に冷却および貯蔵され、電気が利用不可能であるか高価な場合に冷媒および供給物として使用され得る。いくつかの態様では、生成物エチレンおよび/または生成物プロピレンは、電気（例えば、IESから）が利用可能であるか安価な場合に冷却および貯蔵され、電気が利用不可能であるか高価な場合に冷媒として使用され得る。
態様では、冷媒の圧力低下工程（断熱的であり、等エントロピーではない）の各々で失われたエネルギーは、制御弁ではなく発電用タービンを利用することによって（電気として）回収することができる。態様では、蒸気圧縮を伴う従来の冷凍を利用するのではなく、冷凍の一部または全部に直接電気冷却が利用される（例えば、熱電装置を介して）。
本明細書において開示される水蒸気分解プラントは、図4に示すように、分解ガス蒸留供給流141を介して導入された分解ガスを分留するように構成された極低温蒸留セクション146とともに、分解ガス流の生成物分留を行うように構成された蒸留セクションの1つまたは複数の蒸留または極低温蒸留塔を備えることができる。図4の態様では、蒸留セクション146は、エチレン生成物流150と、C3＋流161と、水素およびメタン含有流144と、熱分解反応セクション120に戻すことができるエタン再循環流142とを生成するように構成される。
分留システムは、脱メタン塔、脱エタン塔、C2スプリッタ、脱プロパン塔、C3スプリッタ、脱ブタン塔、アセチレン水素付加器、C3水素付加器またはそれらの任意の好適な組合せのうちの1つまたは複数を備えることができる。これらの工程の順序は、本開示の趣旨および教示から逸脱することなく、当業者によって適宜変更され得る。水蒸気分解プラントは、エタン、プロパンまたは他の炭化水素留分を個別にまたは共通して熱分解セクション20/120に戻すように構成された1つまたは複数の再循環ラインをさらに備えることができる。水蒸気分解プラントは、脱ブタン塔の下流にあり、ブタジエンを分離するように構成されたブタジエン抽出装置;C2スプリッタの上流もしくは下流にあり、アセチレンを水素付加するように構成されたアセチレン水素付加装置;アセチレンセパレータ;C3スプリッタの上流にあり、メチルアセチレンおよび/またはプロパジエン（アレン）を水素付加するように構成されたメチルアセチレンおよびプロパジエン（MAPD）水素付加器;またはそれらの組合せをさらに備えることができる。
態様では、熱が電気的に供給および/または除去される1つまたは複数の蒸留塔が蒸留セクション146に使用される。態様では、蒸留塔のうちの1つまたは複数が、電気的に制御された温度プロファイルを有し、これにより、その中の所定の温度プロファイルのさらに正確な制御が可能になり得る。態様では、蒸留塔のうちの1つまたは複数は、1つまたは複数の電気駆動リボイラとともに動作するように構成される。
態様では、ヒートポンプ構成を利用して、塔（本明細書において蒸留塔とも呼ばれる）を電気的に加熱および冷却する。ヒートポンプは、冷凍システム143と一体化されてもよい。ヒートポンプ、冷凍システムおよび/または電気的に加熱されるリボイラの間の最適化が行われてもよい。
態様では、極低温蒸留セクション146の蒸留塔のうちの1つまたは複数からのベントガス（例えば、脱エタン塔からのベント）が、1つまたは複数の熱電冷却器を使用して冷却されて、いくつかの態様では電気を生成してもよい。
態様では、極低温蒸留システムの全部または一部は、溶媒システムまたは吸着剤システムに置き換えられ、そのためのエネルギーは電気加熱によって供給される。態様では、電気ヒータ、冷却器および/またはヒートポンプは、反応蒸留システムとともに利用される。
態様では、本明細書において開示される水蒸気分解プラントは、水素、メタンまたはその両方を含む1つまたは複数の流れ144を生成し、分解プラントは、水素を回収するための圧力スイング吸着器（PSA）、ガス透過膜、極低温蒸留装置または他の水素精製装置145をさらに備えることができる。態様では、PSAの加圧が電化され得る。態様では、極低温蒸留のための冷凍が電化され得る。回収された水素は、水蒸気分解プラント内で、例えば、C2、C3、ジオレフィンおよび/またはアセチレン水素付加139のために利用することができる。態様では、水素は、熱を作るために燃やされるのではなく、その後の化学的使用のために（例えば、アンモニアプラント、メタノールプラントまたは製油所に）輸送される。回収されたメタンは、例えば、限定されることなく、アンモニア合成プラントまたはメタノール合成プラントなどの別のプラントのための供給物として利用することができる。態様では、メタンは、熱を作るために燃やされるのではなく、メタノール合成プラントに輸送される。態様では、メタンとH2との混合物を含むガスは精製されず、他のオフサイトユニットまたはオンサイトユニットに送られてもよい（例えば、メタノールまたはアンモニアの合成の場合）。アンモニア合成プラントおよび/またはメタノール合成プラントはまた、本明細書において記載される方法と同様に電化されてもされなくてもよい。
態様では、水素、メタンまたはその両方を含む1つまたは複数の流れ144を燃料電池に供給して、メタンを精製し、電気を生成することができる。態様では、水素精製装置145から得られた精製水素を燃料電池に供給して、電気を生成することができる。態様では、圧縮されたまたは吸着された水素は、再生可能電気（例えば、再生可能IESから）が利用可能である場合に貯蔵され、IESが利用不可能であるか高価である場合、例えば、太陽光などの再生可能供給源からの電気が昼間に利用可能であるが夜間には利用可能でない場合、燃料電池を介して電気を作るために利用される。態様では、気体または液体のエタンまたはプロパンが貯蔵され、液体のエタンまたはプロパンは、例えば、太陽光などの再生可能供給源からの電気が昼間に利用可能であるが夜間には利用可能でない場合、後に（例えば、夜間）冷媒として利用される。態様では、液体のエチレンまたはプロピレンが貯蔵され、例えば、太陽光エネルギーなどの再生可能供給源からの電気が昼間に利用可能であるが夜間には利用可能でない場合、後に（例えば、夜間）冷媒として利用される。
態様では、本明細書において開示される水蒸気分解プラントは、1つまたは複数の水素付加装置、例えば、限定されることなく、アセチレン水素付加装置、メチルアセチレンおよびプロパジエン（MAPD）水素付加装置、および/または他の水素付加装置を備える。そのような水素付加装置は、図2のボックス139に示されている。態様では、本明細書において開示される水蒸気分解プラントは、ボックス139にアセチレンまたはジオレフィン水素付加装置を備えるが、水素付加は、極低温蒸留146の蒸留塔間で行われてもよい。そのような水素付加装置に導入された乾燥分解ガス（例えば、流れ138を介して）は、本開示の態様によれば、電気を使用して予熱され得る。態様では、中間冷却器が、存在する場合、ヒートポンプまたは電気冷却を介して動作され得る。
態様では、水蒸気分解プラント内で必要とされる正味の入熱または除熱の大部分、20％超、30％超、40％超、50％超、60％超、70％超、80％超もしくは90％超、または実質的に全部が、非炭素系エネルギー源、再生可能電気などの再生可能エネルギー源、電気（例えば、再生可能および/または非再生可能供給源からの電気）またはそれらの組合せから提供される。
態様では、分解ガスの圧縮（例えば、一次分解ガス圧縮133および/または二次分解ガス圧縮セクション、段または圧縮機の）、冷凍（例えば、プロピレン冷凍圧縮機、エチレン冷凍圧縮機またはそれらの組合せ）、および/または水蒸気分解プラント内の他の場所に必要な正味エネルギーの大部分、20％超、30％超、40％超、50％超、60％超、70％超、80％超もしくは90％超、または実質的に全部が、非炭素系エネルギー源、再生可能電気などの再生可能エネルギー源（例えば、ENFエネルギー源）、電気（例えば、再生可能および/または非再生可能供給源からの電気）またはそれらの組合せから供給される。例えば、電気モータ、電気駆動タービン、および/または電気的に生成された水蒸気によって駆動されるタービンを利用して、水蒸気分解プラントまたはその1つもしくは複数のセクション全体に圧縮を提供してもよい。態様では、圧縮機の大部分、20％超、30％超、40％超、50％超、60％超、70％超、80％超もしくは90％超、または実質的に全部が、電気モータ、電気駆動タービン、および/または電気的に生成された水蒸気によって駆動されるタービンに置き換えられるか、それらを利用する。態様では、流体に原動力を提供するために電気を使用することができる。例えば、電気を使用してポンプに動力供給して液体を移動させ、および/または加圧し、および/または送風機および/またはファンに動力供給することができる。態様では、オレフィン合成プラントで利用されるいくつかのポンプのうちの一部、大部分（例えば、20、30、40、50、60、70、80、90または100％）または実質的に全部が電化されている。
態様では、電気を利用して、本明細書において開示されるオレフィン合成プラントの1つまたは複数のセクション内を冷却するために、従来の冷却水よりもわずかに冷たい（例えば、2、5、10または15℃冷たい）を生成する。態様では、一次クエンチのために、熱分解反応セクション20/120にある分解器内で窒素、メタンまたはCO2が利用されてもよい。
上述したように、潜在的または既知の断続的な供給（例えば、断続的エネルギー源、すなわちIES）を有する再生可能供給源からの電気を利用する場合、本開示の態様によれば、水蒸気分解プラントの運転を維持するために様々な工程をとることができる。IESのそのような取扱いは、「Use of Intermittent Energy in the Production of Chemicals」と題され、2019年1月15日に出願された米国仮特許出願第62/792,636号および米国仮特許出願第62/792,637号に記載されている通りであり得、これらの各々の開示は、本開示に反しない目的のため、本明細書に組み入れられる。例えば、態様では、電気供給の断続性のために、圧縮水素が貯蔵される。代替的または追加的に、電気供給の断続性のために、1つまたは複数の極低温液体が貯蔵され得る。代替的または追加的に、電気供給の断続性のために、熱が貯蔵され得る。代替的または追加的に、電気供給の断続性のために、電池が保持され得る。主要な構成要素のためのバックアップ電力が供給されてもよい。非再生可能電気は、断続的な再生可能電気のバックアップとして利用されてもよい。例えば、そのようなバックアップ電力は、圧縮ガスまたはフライホイールによって駆動される装置を介して生成されてもよい。
本開示の水蒸気分解プラントの電化は、高電圧または低電圧であり得る電気供給を介して提供することができる。電気装置は、交流（単相または多相）または直流で動作可能であり得るか動作され得る。
態様では、燃料の燃焼によって生成された、または熱および/またはエネルギー伝達のためにのみ生成された水蒸気は、本開示の（例えば、供給物前処理セクション10/110、熱分解反応セクション20/120、一次分留および圧縮セクション30/130および/または生成物分留セクション40/140の）水蒸気分解システムおよび方法では利用されない。このように、本開示によるオレフィン合成プラントは、態様では、複雑な水蒸気熱および/またはエネルギー伝達システム（オレフィン合成プラントでは従来から利用され得る）を用いることなく動作され得る。いくつかの用途では、例えば、水蒸気が供給成分および/または希釈剤として反応器内で利用される場合、そのような水蒸気は、化学合成プラント内のプロセス流との熱伝達によって生成されてもよく、および/または電気的に生成されてもよい。態様では、プロセス流との熱伝達を介して生成された水蒸気は、電気を使用して過熱され得る。態様では、水蒸気は、オレフィン合成プラント全体を通して、必需品または設備として利用されない。態様では、本開示のオレフィン合成プラントは、水蒸気を本質的に含まないか、従来のオレフィン合成プラントよりも実質的に少ない水蒸気を利用する（例えば、少なくとも10、少なくとも20、少なくとも30、少なくとも40、少なくとも50、少なくとも60、少なくとも70、少なくとも80、少なくとも90または少なくとも100体積パーセント（vol％）少ない水蒸気を使用する）。例えば、オレフィンを生成するための従来のプラントは、供給物前処理セクション10/110および/または生成物精製セクション40/140の蒸留塔のリボイラのために水蒸気生成を利用し得るか、水蒸気生成を利用して圧縮プロセスのための水蒸気タービンを駆動し、および/または流れを再循環し得るか、水蒸気生成を利用して冷凍のための水蒸気タービンを駆動し得る。態様では、本開示による化学プラントにおけるこれらの操作のために、水蒸気は生成されないか、実質的に少ない水蒸気が生成される（例えば、プロセスは、少なくとも10、少なくとも20、少なくとも30、少なくとも40、少なくとも50、少なくとも60、少なくとも70、少なくとも80、少なくとも90または少なくとも100体積パーセント（vol％）少ない水蒸気を使用する）。態様では、水蒸気は熱伝達流体として使用されるが、機械的仕事を行うために（例えば、圧縮機またはポンプを駆動するために）使用されない。態様では、これらの操作のために生成される水蒸気は、第一に（例えば、利用される全水蒸気のうち、最大の割合が電気的に生成される）、主に（例えば、水蒸気の50％超が電気的に生成される）、または実質的に全部、電気的に生成される。態様では、反応物または希釈剤として利用される水蒸気は、第一に（例えば、利用される全水蒸気のうち、最大の割合が電気的に生成される）、主に（例えば、水蒸気の50％超が電気的に生成される）、または実質的に全部、電気的に生成される。
態様では、本開示のオレフィン合成プラントまたはプロセスでは、比較的多くのエネルギーが、例えば、水蒸気の生成と水蒸気タービンを介した機械的エネルギーへの熱エネルギーの変換とを介して変換されるのではなく、高温の生成物流出流からの熱を利用して供給流を加熱するなど、直接「そのまま」利用される。本開示の態様によれば、エネルギーを直接使用すると、例えば、熱が機械的エネルギーに変換される際に生じるエネルギー効率損失を低減することによって、オレフィン合成プラントのエネルギー効率を直接高めることができる。
エネルギー消費は、従来のオレフィン合成プラントの運転コストの大部分を占めるため、本開示によるエネルギー効率（例えば、電化を介して）の向上、および/または改質用の熱を提供するために従来のように燃やされ、および/または追加の生成物（例えば、メタンからのメタノールおよび/または水素からのアンモニア）を生成するために圧縮用に燃やされる（例えば、水蒸気タービン用の水蒸気を生成するために燃やされるか、ガスタービン用に燃やされる）メタンまたは水素の利用は、従来のオレフィン合成プラントを超える経済的利点をもたらし得る。同時に、本開示によって可能にされる、燃料として化石燃料（例えば、天然ガス、メタン）を燃やすことの低減は、炭化水素が燃料として燃やされる従来のオレフィン合成プラントと比較して、温室効果ガス（GHG）排出を低減する。態様では、炭化水素が燃料として燃やされる従来のオレフィン合成プラントと比較して、GHG排出（例えば、二酸化炭素排出）が少なくとも5、少なくとも10、少なくとも20、少なくとも30、少なくとも40、少なくとも50、少なくとも60、少なくとも70、少なくとも80、少なくとも90または少なくとも100％低減される。態様では、CO2生成は、生成される化学生成物（例えば、限定されることなく、エチレンなどのオレフィン）1トン当たりCO2約1.5トン以下、約1.2トン以下、約1.0トン以下、約0.75トン以下、約0.5トン以下、約0.2トン以下または約0トン以下に低減される。態様では、本開示の局面は、プロセスの炭素効率の増加（すなわち、有用な生成物として再出現する、プロセスで消費される炭素の割合の増加）、および/または比エネルギー消費量（例えば、ある量の化学生成物50を合成するために利用されるエネルギー）の低減をもたらすことができる。
従来、化学プロセスにおける単位操作に必要なエネルギーは、一般に、化石燃料、特に天然ガスを燃やすことによって供給されている。本明細書において開示されるのは、態様では、このエネルギー入力が非炭素系エネルギーENC、再生可能エネルギーENF、例えば、再生可能電気によって、および/または任意の供給源（例えば、再生可能および/または非再生可能）からの電気によって低減または置換され得、それによりエネルギー効率が改善される（例えば、エネルギー損失が低減される）システムおよび方法である。化学物質を生成する際の、例えば、分解によってオレフィンを生成する際の非炭素系エネルギーENC、再生可能エネルギーENFおよび/または電気の本明細書において開示される使用は、オレフィン合成プロセスのエネルギー効率を高め、および/またはオレフィン合成プロセスからの二酸化炭素排出およびオレフィン合成プロセス内の化石燃料消費を低減および/または排除する。態様では、プロセスのエネルギー効率は、比エネルギー消費量（プロセスへの燃料および電気を含む総正味エネルギー入力を生産速度で割ったもの）が、生成されるエチレン1トン当たり17GJ以下、16GJ以下、15GJ以下、14GJ以下、13GJ以下、12GJ以下、11GJ以下、10GJ以下、9GJ以下または8GJ以下になるように低減され、燃料が消費される場合、比エネルギー消費量は燃料の高い方の発熱量を使用して計算される。
態様は概して記載されており、本開示の特定の態様として、その実施および利点を実証するために、以下の実施例が与えられる。実施例は例示として与えられており、いかなる方法でも明細書または特許請求の範囲を限定することを意図するものではないことが理解される。
実施例に関連する図5～図9では、電気、具体的には再生可能電気を表すために稲妻記号が利用され、水蒸気使用量を示すために三重の細長い「S」記号が利用されている。図5～図9、および以下の実施例の説明では、ポンプおよび種々のエネルギーシンクは217として示されている。
比較例1
エタンの水蒸気分解によるエチレンの生成のための典型的なプロセスIIIの熱および質量流量を決定するために、プロセスシミュレーションを行った。この比較例1で利用したプロセスシミュレーションは、Aspen Plus（登録商標）を使用して行った。これは特定の動作プラントを表すものではないが、図5を参照して以下に説明する典型的なプラントを表す。設計パラメータは、特定のプラントの知識、および典型的なプロセス動作に関する文献情報から得た。変形例は当業者には明らかであるが、この比較例1は、本開示の態様による電化変更の効果を比較するための基礎として使用することができる典型的なプロセスを表す。
比較例1のプロセスは、187.5メートルトン/時のエチレンを生成するように構成されている。年間で典型的な8000時間にわたり動作させた場合、これは150万トンのエチレンを生成するが、不調および保守によるダウンタイムの変動が、この出力を増加または減少させる可能性がある。このサイズは、今日構築されている最大のエタン分解器の典型である。この規模では、8～12個の個々の分解炉が典型的に使用され、各炉は複数の反応器管を含む。管はコークスおよび他の堆積物を蓄積するため、個々の炉は再生のために定期的にオフラインにしなければならない。プラントは、典型的には、一度に6～12個の炉を用いて動作し得る。
図5（この比較例1のプロセスの本質的な特徴のみを示すために簡略化されている）に示すように、236メートルトン/時（t/hr）のエタン供給物205がプロセスに供給され、供給物前処理セクション210のミキサー内で、エタン再循環流242中の再循環エタン、および希釈水蒸気流211中の希釈水蒸気と組み合わされる。組み合わされた供給流215は、供給物予熱セクション210’の炉の対流セクション内で650℃まで加熱され、次いで、熱分解セクション220の炉の放射セクション内に含まれる反応器管内で840℃の反応温度まで加熱される。これらの放射セクションはまた、吸熱性であるエタン分解のための反応熱を供給する。脱気器216は、図5に示すように、ボイラ供給水に注入される脱気器水蒸気を提供して、供給物予熱セクション210’の炉の対流セクションに入る前に酸素および他の溶存ガスを除去してもよい。分解ガス生成物流222中の排出プロセスガスは、伝達ライン交換器（TLE）223内で400℃まで冷却され、ライン212および226内で水を気化させる熱交換器HX1内のTLEクエンチ分解ガス流225中の生成物の交換によってさらに冷却される。次いで、希釈水は、水クエンチ231でクエンチすることによって回収される。水ライン226内の回収水は、熱分解反応セクション220内で希釈剤として再利用するために戻される。水クエンチ231は、水クエンチ塔と、図5の態様では水ストリッパ水蒸気を使用することができる水ストリッパとを含むことができる。クエンチ分解ガス流232中の生成物は、分解ガス圧縮233で圧縮され、圧縮された分解ガス流234は乾燥され、酸性ガス不純物は酸性ガス除去/水除去235/237で除去されて、乾燥分解ガス流238を生成する。乾燥分解ガス流238は、極低温分留246および関連する極低温冷凍243を介して、生成物および副生成物を分離するように操作される生成物分留240に供される。再循環エタン流242中の再循環エタンとともに、生成物および副生成物は、エチレン生成物流250中の187.5t/hrのエチレンと、水素およびメタン含有流244中の水素とメタンとの混合物を含む30t/hrと、主にプロピレンおよびブタジエンを含むC3＋流261中の13t/hrのC3＋生成物とを含む。
多数の比較的小規模な使用主体に加えて、この比較例1の従来のプロセスIIIには5つの主要なエネルギー消費主体が存在する（以下にさらに説明される表2を参照されたい）:（1）希釈水蒸気を生成するための再循環水および補給水の気化（例えば、熱交換器HX1内）、（2）（例えば、供給物予熱セクション210’の）炉の対流セクション内での反応温度付近までの供給ガスの加熱、（3）供給ガスの反応温度までの最終温度上昇をもたらし、分解炉の放射セクション内で反応熱を供給するための（例えば、熱分解反応セクション220の）分解炉および反応器の加熱、（4）（例えば、分解ガス圧縮233の）分解ガス圧縮機を駆動するエネルギー、ならびに（5）極低温分留（例えば、生成物分留セクション240の極低温分留246）を駆動するエネルギー。比較的少量のエネルギーが様々な他の目的のために使用される。一般的な慣行として、比較例1では、主に217のいくつかの比較的小さいポンプのために非常に少ない電気しか消費されない。一部の電気が、発電用タービンによって脱メタン塔内のガス膨張から現場で生成されるが、1.6MWに達するに過ぎない。使用されるエネルギーの一部は、冷却される際の生成物流との熱交換によって得ることができるが、残りは、従来のように燃料を燃やすことによって生成される。比較例1では、外部エネルギー源を利用する場所が2つある。1つ目は、920MWの含有化学エネルギー（高発熱量、すなわちHHV）を有する天然ガス60t/hrを一緒に消費する分解炉内である。残りのエネルギーは、369MWの含有化学エネルギーを有する天然ガス24.1t/hrを高圧（HP）水蒸気に変換する補助ボイラ221によって供給される。最も効率の高いプロセスでは、このエネルギーを様々なエネルギー消費主体に最も効率的に割り当てる方法は、あらゆる化学プラントに共通する工学的問題であり、温度、エネルギーの種類、およびエネルギー容量を慎重に調和させる必要がある。エネルギーの一部は、熱交換を介して直接伝達することができるが、一部は、従来のように、熱交換に使用することができるか、圧縮機を駆動するなどの機械的仕事を行うために使用することができる水蒸気に変換される。比較例1では、熱入力と熱出力とを調和させるために典型的な戦略が採用されているが、当業者には明らかなように、他の構成も可能である。プロセスに必要な外部エネルギー入力を供給するための燃焼炉の使用には、これらの炉からの排ガスまたは排煙は、その低温のために有用に回収することができないエネルギーを含むという付随する欠点がある。例えば、比較例1のプロセスでは、スタック損失（stack loss）と呼ばれることもあるこの未回収エネルギーは174MWに達する。いくつかのプロセス工程、例えば、水クエンチ231でもエネルギーが失われる。
表2は、比較例1のプロセスのエネルギー収支を示す。表2に見られるように、熱分解反応セクション220の分解炉、および補助ボイラ221では、1289MWという量の化学エネルギーが天然ガスの燃焼によって供給される。これは、プロセスへの総正味エネルギー入力を表すが、例えば、分解管からの生成物ガスの冷却では、追加の310MWが内部で伝達される。759MWの量、すなわち、使用される総エネルギーの約半分が水蒸気システムに伝達され、水蒸気システムでは主に、分解ガス圧縮233の分解ガス圧縮機を駆動し、243で極低温冷凍のためのエネルギーを供給するために使用される。しかし、水蒸気の形態のエネルギーは機械的仕事に非効率的に変換されるため、表2に示すように、分解ガス圧縮233の分解ガス圧縮機、および243での極低温冷凍で実際に使用されるエネルギー量は、水蒸気として適用されるエネルギーよりも著しく少ない。さらに、上述したように、174MW、すなわち供給された正味外部エネルギーの13.5％は、分解炉および補助ボイラからのスタック損失として、ならびに様々なプロセス損失、例えばクエンチシステム231において排煙中で失われる。
表3は、比較例1のプロセスの関連するエネルギー使用統計を提供する。表3のデータに見られるように、総燃料ガス消費量は673,000トン/年である。この燃料の燃焼は、年間231t/hrのCO2、すなわち185万トンのCO2の大気放出をもたらす。比エネルギー消費量（燃料の高い発熱量を使用して計算）は、生成されるエチレン1トン当たり24.7GJである。このエネルギーの64％は、排ガス、水クエンチ231および他のプロセス工程、ならびに水蒸気を機械的仕事（例えば、233での分解ガス圧縮および243での極低温冷凍のため）に変換する非効率性で失われる。
実施例1
実施例1は、比較例1に記載される水蒸気分解プロセスの本開示の一態様による部分電化である。実施例1では、補助ボイラが取り外され、天然ガスの燃焼によってそのボイラに供給されていたエネルギーが、それよりも少量の再生可能電気に置き換えられる。外部エネルギーのこの置き換えは、プロセスのエネルギー統合のいくらかの再構成を必要とする。実施例1では、最も重要な差は、（1）極低温冷凍システムおよびいくつかのポンプがここでは電気モータによって駆動されること、（2）希釈水蒸気を作るための再循環水の気化に必要なエネルギーの一部が電気加熱によって供給されること、ならびに（3）高温生成物ガスの冷却から回収された熱の多くが供給ガスを予熱するために使用されるように、TLEが熱交換器システムに置き換えられていることである。
実施例1のこの電化プラントIVの重要な要素を図6に示す。比較例1と同様に、236t/hrという量のエタン供給物205が、エタン再循環流242中の再循環ガス、および希釈水蒸気211中の希釈水蒸気流と組み合わされる。組み合わされた供給流215は、予熱セクション210’の熱交換器システムHX2内で冷却生成物ガスとの熱交換によって730℃まで加熱される。この熱交換は、様々な方法、例えば、1つの供給/流出熱交換器、一連の供給/流出熱交換器、または水蒸気のエネルギーが供給流に伝達される供給熱交換器と結合された熱を受け取るために水蒸気を使用する1つもしくは複数の生成物熱交換器と一緒になっている1つもしくは複数の供給/流出熱交換器によって達成することができる。この例の目的のために、1つの供給/流出熱交換器が使用されている。ただし、熱交換器システムHX2の具体的な設計は、生成物ガスを冷却することによって可能な限り多くの熱を抽出し、熱エネルギーを利用して供給ガスを予熱するように構成/利用される限り、変更することができる。次いで、供給流は、天然ガスによって発火された熱分解反応セクション220の放射炉内で840℃で分解される。ただし、従来よりも、例えば比較例1で生成されるよりも少ない水蒸気を生成することが目標であるため、熱分解セクション220の放射セクションの出口温度は、供給物予熱セクション210’の対流セクション内で回収しなければならない熱を減少させるために、炉の設計および動作の変更によって低下している。分解ガス生成物流222中の生成物ガスは、上記のように熱交換器システムHX2の供給/流出熱交換器内で冷却され、ライン212および226内の再循環水および補給水と、流れ225中の供給/流出熱交換生成物との熱交換器HX1での熱交換によってさらに冷却される。次いで、水クエンチ231でのクエンチによって希釈水を回収する。水ライン226内の回収水は、熱分解反応セクション220内の希釈剤として使用するために戻される。クエンチ分解ガス流232中の生成物は、分解ガス圧縮233で圧縮され、圧縮された分解ガス流234は乾燥され、酸性ガスは酸性ガス除去/水除去235/237で除去されて、乾燥分解ガス流238を生成する。実施例1では、比較例1で説明した従来のプラントとは対照的に、分解ガス乾燥吸収材料の再生のための熱が電気的に供給される。乾燥分解ガス流238は、極低温分留246および関連する極低温冷凍243を介して、生成物および副生成物を分離するように操作される生成物分留240に供される。再循環エタン流242中の再循環エタンとともに、生成物および副生成物は、エチレン生成物流250中の187.5t/hrのエチレンと、水素およびメタン含有流244中の水素とメタンとの混合物を含む30t/hrと、主にプロピレンおよびブタジエンを含むC3＋流261中の13t/hrのC3＋生成物とを含む。
多数の比較的小規模な使用主体に加えて、実施例1の部分電化プロセスIVには5つの主要なエネルギー消費主体が存在する（表2を参照）:（1）希釈水蒸気を生成するための再循環水および補給水の気化（例えば、熱交換器HX1内）、（2）反応温度付近までの供給ガスの加熱（例えば、熱交換器システムHX2を介して）、（3）反応温度までの最終温度上昇をもたらし、反応熱を供給するための（例えば、熱分解反応セクション220の）分解反応器の加熱、（4）（例えば、分解ガス圧縮233の）分解ガス圧縮機を駆動する動力、ならびに（5）極低温分留（例えば、生成物分留セクション240の極低温分留246）を駆動するエネルギー。比較的少量のエネルギーが様々な他の目的のために使用される。このエネルギーの一部は、冷却される際の生成物流との熱交換によって得ることができるが、残りは外部から供給されなければならない。実施例1では、外部エネルギー源を利用する2つの場所がある。1つ目は、737MWの含有化学エネルギーを有する天然ガス48t/hrを一緒に消費する、熱分解反応セクション220の分解炉内である。残りのエネルギーは、135MWの再生可能電気によって供給される。比較例1とは対照的に、実施例1のプラントは補助ボイラを含まないことに留意されたい。このエネルギーは、温度、エネルギーの種類、およびエネルギー容量を慎重に調和させることによって、プロセスにおける様々なエネルギー消費主体に最も効率的に割り当てることができる。エネルギーの一部は、熱交換を介して直接伝達することができるが、一部の熱は、熱交換に使用することができるか、圧縮機を駆動するなどの機械的仕事を行うために使用することができる水蒸気に変換される。電気は、加熱または機械的仕事のいずれかに使用することができる。実施例1では、熱入力と熱出力とを調和させるために論理的戦略が採用されているが、他の構成も可能であり、本開示の範囲内にあることが意図されている。この実施例1では、109MWの再生可能電気が、極低温分留システム240にエネルギーを供給するために使用される。このエネルギーは高効率（ここでは95％とする）で適用することができるため、この電気エネルギーは、比較例1では水蒸気として供給される398MWのエネルギーを置き換えることができる。追加の14MWの電気を使用して、比較例1では水蒸気によって駆動された、217のいくつかの水ポンプに、ここでもはるかに高い効率で動力供給する。再生可能電気もまた、再循環水および希釈水の気化に必要な熱の一部の11.5MWを供給するために使用される。比較例1と同様に、水クエンチ231および他のプロセス工程では、いくらかのエネルギーが失われる。しかし、本開示による実施例1では、燃焼から生成される排煙の量が著しく少なくなり、その結果、この排煙で失われるエネルギーの量（すなわち、スタック損失）は比例して少なくなり、ここではわずか99MWである。
表2は、実施例1の部分電化プロセスのエネルギー収支を示す。天然ガスの燃焼によって737MWという量の化学エネルギーが供給され、135MWの再生可能電気が供給される。これは、872MW、すなわち、比較例1よりも32％少ない、プロセスへの総正味エネルギー入力を表す。さらに、例えば、生成物ガスの冷却中に、実施例1による本開示に従って、297MWが内部に伝達される。実施例1では323MWの量が水蒸気システムに伝達され、これは比較例1で必要とされる量の半分未満である。実施例1では、このエネルギーの大部分は、分解ガス圧縮233の分解ガス圧縮機を駆動するために使用される。排煙からのシステムからの総損失、水蒸気および電気の使用における非効率性、ならびにクエンチシステムおよび他のプロセス工程における損失は、比較例1よりも50％少ない。
表3は、本開示による実施例1の関連するエネルギー使用統計を提供する。実施例1では、総天然ガス消費量は385,000トン/年である。この燃料の燃焼は、年間132t/hrのCO2、すなわち106万トンのCO2の大気放出をもたらす。これは、比較例1に対して45％の減少を表す。288,000トン/年の節約された天然ガスは、他の場所で、例えば、メタノールまたはアンモニア合成プロセスのための供給物として使用することができる。比エネルギー消費量は、生成されるエチレン1トン当たり16.7GJであり、これは、比較例1のプロセスよりも32％少ない。排ガス、水クエンチ231および他のプロセス工程では、供給された正味外部エネルギーの47％という減少した量が失われ、水蒸気または電気を軸仕事（例えば、233での分解ガス圧縮、および243での極低温冷凍のため）に変換する非効率性は、比較例1よりも大幅に改善されている。
実施例2
実施例2は、比較例1に記載される水蒸気分解プロセスの本開示の一態様による完全電化である。実施例2では、比較例1では天然ガス燃焼補助ボイラおよび分解炉によって供給されるエネルギーは再生可能電気に置き換えられ、再生可能電気は、あらゆる圧縮機およびポンプに動力供給し、分解のためのエネルギーを供給し、再循環水および補給水の気化のための熱を提供する。また、比較例1のTLEは、高温の生成物ガスの冷却から回収された熱の多くが供給ガスを予熱するために使用されるように、熱交換器システムに置き換えられている。これらの変化は、プロセス水蒸気システムの排除と、排煙損失の完全な回避とを可能にする。
実施例2のこの電化プラントVの重要な要素を図7に示す。236t/hrという量のエタン供給物205が、エタン再循環流242中の再循環ガス、および希釈水蒸気211中の希釈水蒸気と組み合わされる。組み合わされた供給流215は、熱交換器システムHX2内で冷却生成物ガスとの熱交換によって730℃まで加熱される。この熱交換は、様々な方法、例えば、1反応器当たり1つの供給/流出熱交換器、一連の供給/流出熱交換器、または水蒸気のエネルギーが供給流に伝達される供給熱交換器と結合された熱を受け取るために水蒸気を使用する1つもしくは複数の生成物熱交換器と一緒になっている、1反応器当たり1つもしくは複数の供給/流出熱交換器によって達成することができる。この例の目的のために、1反応器当たり1つの供給/流出熱交換器が使用されている。ただし、熱交換器システムHX2の具体的な設計は、生成物ガスを冷却することによって可能な限り多くの熱を抽出し、それを戻して供給ガスを予熱するように構成しながら、変更することができる。次いで、供給流は、再生可能電気によって加熱された熱分解反応セクション220の炉内で840℃で分解される。分解ガス生成物流222中の生成物ガスは、上記のように熱交換器システムHX2の供給/流出熱交換器内で冷却され、ライン212および226内の再循環水および補給水と、流れ225中の供給/流出熱交換生成物との熱交換器HX1での熱交換によってさらに冷却される。次いで、水クエンチ231でのクエンチによって希釈水を回収する。水ライン226内の回収水は、熱分解反応セクション220内の希釈剤として使用するために戻される。この態様では、図7に示すように、水クエンチ231は、水クエンチ塔と、水蒸気ではなく電気によって動作するように構成された水ストリッパとを含むことができる。クエンチ分解ガス流232中の生成物は、分解ガス圧縮233で圧縮され、圧縮された分解ガス流234は乾燥され、酸性ガスは酸性ガス除去/水除去235/237で除去されて、乾燥分解ガス流238を生成する。実施例1では、比較例1で説明した従来のプラントとは対照的に、分解ガス乾燥吸収材料の再生のための熱が電気的に供給される。乾燥分解ガス流238は、極低温分留246および関連する極低温冷凍243を介して、生成物および副生成物を分離するように操作される生成物分留240に供される。再循環エタン流242中の再循環エタンとともに、生成物および副生成物は、エチレン生成物流250中の187.5t/hrのエチレンと、水素およびメタン含有流244中の水素とメタンとの混合物を含む30t/hrと、主にプロピレンおよびブタジエンを含むC3＋流261中の13t/hrのC3＋生成物とを含む。
多数の比較的小規模な使用主体に加えて、実施例2の電化プロセスVには5つの主要なエネルギー消費主体が存在する（表2を参照）:（1）希釈水蒸気を生成するための再循環水および補給水の気化（例えば、熱交換器HX1内）、（2）反応温度付近までの供給ガスの加熱（例えば、熱交換器システムHX2を介して）、（3）反応温度までの最終温度上昇をもたらし、反応熱を供給するための分解反応器の加熱（例えば、熱分解反応セクション220の電気反応器の加熱）、（4）（例えば、分解ガス圧縮233の）分解ガス圧縮機を駆動するエネルギー、ならびに（5）極低温分留（例えば、生成物分留セクション240の極低温分留246）を駆動するエネルギー。比較的少量のエネルギーが様々な他の目的のために使用される。このエネルギーの一部は、冷却される際の生成物流との熱交換によって得ることができるが、残りは外部から供給されなければならない。実施例2では、唯一の外部エネルギー源は再生可能電気である。このエネルギーは、温度、エネルギーの種類、およびエネルギー容量を慎重に調和させることによって、最も高い効率でプロセスにおける様々なエネルギー消費主体に割り当てることができる。エネルギーの一部は、熱交換を介して直接伝達することができる。比較例1および実施例1とは対照的に、この実施例2のプロセスでは、エネルギーは、熱交換のために、または圧縮機の駆動などの機械的仕事を行うために使用される水蒸気に変換されない。実施例2では、熱入力と熱出力とを調和させるために論理的戦略が採用されているが、他の構成も可能であり、本開示の範囲内にあることが意図されている。この実施例2では、109MWの再生可能電気が、極低温分留システム240にエネルギーを供給するために使用される。このエネルギーは高効率（ここでは95％とする）で適用することができるため、この109MWの電気エネルギーは、比較例1では水蒸気として供給される398MWのエネルギーを置き換えることができる。追加の10MWの電気エネルギーを使用して、比較例1では水蒸気によって駆動された、217のいくつかの水ポンプに、ここでもはるかに高い効率でエネルギーを供給する。57MWの再生可能電気もまた、希釈水の気化に必要な熱の一部を供給するために使用される。比較例1と同様に、水クエンチ231および他のプロセス工程では、いくらかのエネルギーが失われる。ただし、本開示による実施例2は、燃焼から排煙を生成せず、これをエネルギー損失またはCO2排出の発生源として完全に排除する。
表2は、実施例2の完全電化プロセスVのエネルギー収支を示す。603MWという量の再生可能電気がプロセスに供給される。これは、比較例1よりも約53％少ない、プロセスへの総正味エネルギー入力を表す。さらに、本開示に従って電化されている、実施例2のプロセスVの生成物ガスの冷却中に、270MWが内部に伝達される。比較例1とは異なり、実施例2には、供給物中で希釈剤として使用される水蒸気以外の水蒸気システムはない。電気の使用における非効率性からのシステムからの総損失、ならびにクエンチシステムおよび他のプロセス工程における損失は、比較例1よりも82％少ない。
表3は、本開示による実施例2の関連するエネルギー使用統計を提供する。実施例2では、天然ガスは消費されず、CO2は生成されない。673,000トン/年の節約された天然ガスは、他の場所で、例えば、メタノールまたはアンモニア合成プロセスのための供給物として使用することができる。比エネルギー消費量は、生成されるエチレン1トン当たり11.6GJであり、これは、比較例1のプロセスよりも53％少ない。水クエンチ231および他のプロセス工程では、供給された正味外部エネルギーの24％のみが失われ、電気を軸仕事（例えば、233での分解ガス圧縮、および243での極低温冷凍のため）に変換する非効率性は、比較例1よりも大幅に改善されている。
実施例3
実施例3は、比較例1に記載される水蒸気分解プロセスの本開示の一態様による完全電化である。この例では、実施例1とは対照的に、伝達ライン交換器223は保持され、それによって捕捉されたエネルギーは水蒸気に変換され、様々な目的に使用されるが、供給物予熱、熱分解反応セクション220の熱分解反応器、および233の分解ガス圧縮機を含むプロセスの他の部分は電化されている。
この電化プラントVIの重要な要素は、図8に示されている。236メートルトン/時（t/hr）のエタン供給物205がプロセスに供給され、供給物前処理セクション210のミキサー内で、エタン再循環流242中の再循環エタン、および希釈水蒸気211中の希釈水蒸気と組み合わされる。組み合わされた供給流215は、予熱セクション210’の電気予熱器内で650℃まで加熱され、次いで、再生可能電気によって加熱された熱分解反応セクション220の炉内で840℃の反応温度まで加熱される。この反応セクション220はまた、吸熱性であるエタン分解のための反応熱を供給する。分解ガス生成物流222中の排出プロセスガスは、伝達ライン交換器（TLE）223内で400℃まで冷却され、ライン212および226内で再循環水および補給水を気化させる熱交換器HX1内のTLEクエンチ分解ガス流225中の生成物の交換によってさらに冷却される。次いで、水クエンチ231でのクエンチによって希釈水を回収する。水ライン226内の回収水は、熱分解反応セクション220内の希釈剤として使用するために戻される。クエンチ分解ガス流232中の生成物は、分解ガス圧縮233で圧縮され、圧縮された分解ガス流234は、酸性ガス除去/水除去235/237で乾燥されて、乾燥分解ガス流238を生成する。乾燥分解ガス流238は、極低温分留246および関連する極低温冷凍243を介して、生成物および副生成物を分離するように操作される生成物分留240に供される。再循環エタン流242中の再循環エタンとともに、生成物および副生成物は、エチレン生成物流250中の187.5t/hrのエチレンと、水素およびメタン含有流244中の水素とメタンとの混合物を含む30t/hrと、主にプロピレンおよびブタジエンを含むC3＋流261中の13t/hrのC3＋生成物とを含む。
多数の比較的小規模な使用主体に加えて、実施例3の電化プロセスVIには6つの主要なエネルギー消費主体が存在する（表2を参照）:（1）水蒸気を生成するための再循環水および補給水の気化（例えば、熱交換器HX1内）、（2）反応温度付近までの供給ガスの加熱（例えば、予熱セクション210’の電気予熱器を介して）、（3）反応温度までの最終温度上昇をもたらし、反応熱を供給するための分解反応器の加熱（例えば、熱分解反応セクション220の電気反応器の加熱）、（4）（例えば、分解ガス圧縮233の）分解ガス圧縮機を駆動する動力、（5）極低温分留（例えば、生成物分留セクション240の極低温分留246）を駆動するエネルギー、ならびに（6）電気過熱器227内の水蒸気の過熱。比較的少量のエネルギーが様々な他の目的のために使用される。このエネルギーの一部は、冷却される際の生成物流との熱交換によって得ることができるが、残りは外部から供給されなければならない。実施例3では、唯一の外部エネルギー源は再生可能電気である。このエネルギーは、温度、エネルギーの種類、およびエネルギー容量を慎重に調和させることによって、最も高い効率でプロセスにおける様々なエネルギー消費主体に割り当てることができる。エネルギーの一部は、熱交換を介して直接伝達することができる。実施例3では、熱入力と熱出力とを調和させるために論理的戦略が採用されているが、他の構成も可能であり、本開示の範囲内にあることが意図されている。この実施例3では、69MWの再生可能電気が、分解ガス圧縮セクション233にエネルギーを供給するために使用される。このエネルギーは高効率（ここでは95％とする）で適用することができるため、この69MWの電気エネルギーは、比較例1では水蒸気として供給される252MWのエネルギーを置き換えることができる。追加の14MWの電気エネルギーを使用して、比較例1では水蒸気によって駆動された、217のいくつかの水ポンプに、ここでもはるかに高い効率でエネルギーを供給する。電気予熱セクション210’では、355MWという量の再生可能電気が、供給物およびボイラ供給水を予熱するために必要な熱を供給するために使用される。392MWという量の再生可能電気が、供給物を反応温度まで加熱するため、および熱分解反応器セクション220の電気反応器内の反応熱のために必要な熱を供給するために使用される。電気過熱器227では、91MWという量の再生可能電気が、高圧水蒸気を過熱するための熱を供給するために使用される。比較例1と同様に、水クエンチ231および他のプロセス工程では、いくらかのエネルギーが失われる。ただし、本開示による実施例3は、燃焼から排煙を生成せず、これをエネルギー損失またはCO2排出の発生源として排除する。
表2は、実施例3の完全電化プロセスVIのエネルギー収支を示す。921MWという量の再生可能電気がプロセスに供給される。これは、比較例1よりも29％少ない、プロセスへの総正味エネルギー入力を表す。さらに、本開示による実施例3によれば、主に生成物ガスの冷却から、310MWの熱エネルギーが内部に伝達される。実施例3では水蒸気システムに供給される総エネルギーは440MWに達し、これは比較例1で必要とされる量よりも42％少ない。実施例3では、この水蒸気エネルギーの大部分は、極低温冷凍セクション243の圧縮機を駆動するために使用される。電気の使用における非効率性、軸仕事を行うための水蒸気の使用における非効率性、クエンチシステムおよび他のプロセス工程における損失に起因する、実施例3に記載のプロセスからの総損失は、比較例1よりも44％少ない。
表3は、本開示による実施例3の関連するエネルギー使用統計を提供する。実施例3では、天然ガスは消費されず、CO2は生成されない。673,000トン/年の節約された天然ガスは、他の場所で、例えば、メタノール合成プロセスのための供給物として使用することができる。比エネルギー消費量は、生成されるエチレン1トン当たり17.7GJであり、これは、比較例1のプロセスよりも28％少ない。この実施例3では、供給された正味外部エネルギーの50％が水クエンチ231および他のプロセス工程で失われ、水蒸気または電気を軸仕事（例えば、243での極低温冷凍のため）に変換する非効率性は、比較例1よりも大幅に改善されている。
実施例1、2および3の比較は、電化を考慮する際に生じるトレードオフのいくつかを示す。既存のプラントの特定の構成に応じて、特定の変更を行うことが容易になるか困難になり、特定の種類の電化が他のものよりも優先され得る。選択された変更の最良の組合せは、本開示の教示に従って当業者によって決定され得、そのような組合せは本開示の範囲内である。
実施例1、2および3のエネルギー使用統計の比較も、部分電化のための変更を選択する場合のトレードオフを示す。実施例1および2は、実施例3よりもエネルギー効率が高く、総使用エネルギー量が低い。ただし、天然ガス消費量およびCO2排出量は、実施例3よりも実施例1の方が多い。これは、追加された再生可能エネルギーがどのように使用されるかの結果である。実施例1では、電気は機械的仕事を行うために主に使用され、これは効率の向上を表し、実施例3では、電気の一部は分解炉に供給される燃料を置き換えるために使用され、これにより燃料消費量およびCO2排出量が低減される。どの選択肢が好ましいかは、変更または設計されるプラントの必要性および制限に応じて決まる。部分電化では、本開示の教示に従って当業者が変更の最良の組合せを決定することができ、そのような組合せは本開示の範囲内である。
実施例4
一態様では、図9に示すように、プロセスVIIは、実施例2に記載のプロセスVに追加されたガス分離ユニット260を備える。ガス分離ユニット260は、圧力スイング吸着（PSA）ユニットを備えることができる。ガス分離ユニット260は、水素およびメタン含有流244を精製するように構成される。上記の実施例2によれば、流れ244は、30.1t/hrの流量を有し、48重量％（88mol％）の水素および52重量％（12mol％）のメタンを含む。ガス分離ユニット260（例えば、PSAガス分離ユニット260）は、3MWの電気を消費し、純粋なメタンから本質的になるメタン流247および純粋な水素から本質的になる水素流248の2つの生成物流を生じる。このプロセスVIIを介して、PSA260内で生成された14.3t/hrの量の精製水素を燃料電池270に供給することができ、そこで水素は水流249中の水に、および電気効率45％で電気Eに変換され、253MWの電気の連続生成をもたらす。正味の電気（250MW）は、プロセスに必要な603MWの電気の41％を供給するために使用される（実施例2のプロセスVについて上述されるように;表2を参照されたい。）
実施例5
態様では、実施例4に記載のプロセスVIIは、水素圧縮貯蔵装置280をさらに備え、この装置は、少なくとも1つの圧縮機および貯蔵容器を備え、再生可能電気の利用可能性が比較的低い場合または比較的高価である場合に使用するために、得られた14.3t/hrの精製水素（ライン248Aを介してそこに導入され得る）を圧縮し貯蔵するように構成される。必要に応じて、圧縮および貯蔵された水素は、プロセスVIIによってその時点で生成されている水素（例えば、ライン248内の水素）と組み合わされ得（例えば、ライン248Bを介して）、その両方を燃料電池270を使用して電気に変換することができる。電気生成のために貯蔵された水素を使用する時期は、様々な要因に従って当業者によって決定され得る。1つの可能性として、一部の再生可能電気が日中ベースで利用可能である場合、172トンの水素を収集し、12時間にわたって貯蔵することができる。次の12時間にわたって放出し、プロセスによってなおも生成されている14.3t/hrの水素と組み合わせると、約503MWの電気が12時間連続して利用可能になる。これにより、プロセスの動作に必要な603MWの電気の80％を供給することができる。
（表２）比較例1および実施例1～3のプロセスのエネルギー収支
Figure 2022522968000003
Figure 2022522968000004
Figure 2022522968000005
（表３）比較例1および実施例1～3のプロセスのエネルギー使用統計
Figure 2022522968000006
様々な態様を示し説明してきたが、本開示の趣旨および教示から逸脱することなく、当業者によってその変更が行われ得る。本明細書において記載される態様は例示に過ぎず、限定することを意図するものではない。本明細書において開示される主題の多くの変形例および変更が可能であり、本開示の範囲内である。数値範囲または制限が明示的に記載されている場合、そのような明示範囲または制限は、明示的に記載された範囲または制限内に入る同様の大きさの反復範囲または制限を含むと理解されるべきである（例えば、約1～約10は、2、3、4などを含む。0.10超は、0.11、0.12、0.13などを含む）。例えば、下限RLおよび上限RUを有する数値範囲が開示される場合はいつでも、その範囲内に入るあらゆる数が具体的に開示される。特に、範囲内の以下の数が具体的に開示される:R＝RL＋k＊（RU-RL）、式中、kは、1％ずつ増加する1％から100％の範囲の変数であり、すなわち、kは、1パーセント、2パーセント、3パーセント、4パーセント、5パーセント、...50パーセント、51パーセント、52パーセント、...、95パーセント、96パーセント、97パーセント、98パーセント、99パーセントまたは100パーセントである。さらに、上記で定義された2つのR数によって定義される任意の数値範囲も具体的に開示される。請求項の任意の要素に関する用語「任意で」の使用は、主題の要素が必要とされること、あるいは必要とされないことを意味することを意図している。両選択肢は、特許請求の範囲内にあることが意図されている。例えば、含む（comprises）、含む（includes）、有する（having）などの広範囲な用語の使用は、例えば、～からなる（consisting of）、～から本質的になる（consisting essentially of）、～から実質的に構成される（comprised substantially of）などのさらに狭い用語の補助を提供すると理解されるべきである。
したがって、保護の範囲は、上記の説明によって限定されず、添付の特許請求の範囲によってのみ限定され、その範囲は、特許請求の範囲の主題のすべての均等物を含む。各々のおよびすべての請求項は、本開示の一態様として本明細書に組み入れられる。したがって、特許請求の範囲は、さらなる説明であり、本開示の態様に対する追加である。参考文献、特に本出願の優先日より後の公開日を有し得るいかなる参考文献の説明も、本開示に対する先行技術であることを容認するものではない。本明細書において引用されるすべての特許、特許出願および刊行物の開示は、本明細書において記載されたものを補足する例示的、手順的または他の詳細を提供する範囲まで、参照により本明細書に組み入れられる。
追加的な開示部I
本開示は、本明細書における教示の利益を有する当業者に明らかな、異なるが同等の方法で変更および実施され得るため、上記で開示された特定の態様は例示に過ぎない。さらに、添付の特許請求の範囲に記載されているもの以外は、本明細書において示されている構造または設計の詳細を限定することを意図するものではない。したがって、上記で開示された特定の例示的な態様は改変または変更されてもよく、そのような変形例はいずれも本開示の範囲および趣旨内にあると考えられることは明らかである。態様の特徴を組み合わせ、統合し、および/または省略することから生じる代替的な態様も、本開示の範囲内である。組成物および方法は、様々な構成要素または工程を「有する（having）」、「含む（comprising）」、「含む（containing）」または「含む（including）」という広範囲な用語で記載されているが、組成物および方法は、様々な構成要素および工程「から本質的になる（consist essentially of）」または「からなる（consist of）」こともできる。請求項の任意の要素に関する用語「任意で」の使用は、その要素が必要とされるか、あるいはその要素が必要とされず、両選択肢が特許請求の範囲内にあることを意味している。
上記で開示された数および範囲は、ある程度変動し得る。下限および上限を有する数値範囲が開示される場合はいつでも、その範囲内に入るあらゆる数およびあらゆる包含範囲が具体的に開示される。特に、本明細書において開示される値のあらゆる範囲（「約a～約b（from about a to about b）」または同等に「約a～b（from approximately a to b）」または同等に「約a～b（from approximately a-b）」の形態）は、さらに広範囲な値に包含されるあらゆる数および範囲を示すと理解されるべきである。また、特許請求の範囲における用語は、特許権者によって明白かつ明確に定義されていない限り、それらの平易で通常の意味を有する。さらに、不定冠詞「a」または「an」は、特許請求の範囲で使用される場合、それが導入する要素のうちの1つまたは複数を意味するように本明細書において定義される。本明細書および1つもしくは複数の特許または他の文書における単語または用語の使用に何らかの矛盾がある場合、本明細書と一致する定義が採用されるべきである。
本明細書において開示される態様は、以下を含む。
A:供給流を前処理するように構成された供給物前処理セクション;希釈剤の存在下で供給流中の炭化水素を分解して分解ガス流を生成するように構成された1つまたは複数の熱分解反応器を備える熱分解セクション;分解ガス流からの熱回収と、分解ガス流のクエンチとを提供し、分解ガス流から燃料油、硫化水素、二酸化炭素、水、熱分解ガソリンまたはそれらの組合せを除去し、分解ガス流を圧縮し、それにより圧縮された分解ガス流を提供するように構成された一次分留および圧縮セクション;および/または圧縮された分解ガス流から生成物オレフィン流を分離するように構成された生成物分離セクションを備える、軽質オレフィンを生成するためのオレフィン合成プラントであって、従来のオレフィン合成プラントと比較して、オレフィン合成プラント、供給物前処理セクション、熱分解セクション、一次分留および圧縮セクション、生成物分離セクションまたはそれらの組合せによって必要とされるエネルギーおよび/または正味エネルギーのさらに多くが、非炭素系エネルギー源、再生可能エネルギー源および/または電気によって供給されるようにオレフィン合成プラントが構成されている、オレフィン合成プラント。
B:供給流を前処理するように構成された供給物前処理セクション;希釈剤の存在下で供給流中の炭化水素を分解して分解ガス流を生成するように構成された1つまたは複数の熱分解反応器を備える熱分解セクション;分解ガス流からの熱回収と、分解ガス流のクエンチとを提供し、分解ガス流から燃料油、硫化水素、二酸化炭素、水、熱分解ガソリンまたはそれらの組合せを除去し、分解ガス流を圧縮し、それにより圧縮された分解ガス流を提供するように構成された一次分留および圧縮セクション;および/または圧縮された分解ガス流から生成物オレフィン流を分離するように構成された生成物分離セクションを備える、軽質オレフィンを生成するためのオレフィン合成プラントであって、オレフィン合成プラント、供給物前処理セクション、熱分解セクション、一次分留セクション、生成物分離セクションまたはそれらの組合せによって必要とされるプロセスエネルギーおよび/または正味プロセスエネルギーの大部分が、電気によって供給されるようにオレフィン合成プラントが構成されている、オレフィン合成プラント。
C:本開示に記載される態様のいずれかのような方法を行うための、本明細書において記載される装置。
態様A、BおよびCの各々は、以下の追加の要素のうちの1つまたは複数を有し得る:要素1:非炭素系エネルギー源は電気を含む。要素2:電気は、再生可能エネルギー源から生成され、および/または再生可能エネルギー源は、風力、太陽光、地熱、水力電気、原子力、潮汐、波またはそれらの組合せを含む。要素3:1つまたは複数の熱分解反応器内の所定の分解温度は、燃料、炭素系燃料および/または化石燃料を燃焼させることなく達成される。要素4:オレフィン合成プラント内で、燃料、炭素系燃料または化石燃料は燃焼されない。要素5:生成されるエチレン1トン当たりの生成されるCO2の量は、エチレン1トン当たりCO2 1.2トン未満に低減される。要素6:正味エネルギー入力から計算される比エネルギー消費量は、17GJ/トン未満である。要素7:消費される電気量は、50MW以上である。要素8:1つまたは複数の熱分解反応器は、抵抗加熱および/または誘導加熱によって所定の分解温度まで加熱される。要素9:1つまたは複数の熱分解反応器は、電気的に生成された熱が放射パネルを加熱するために使用される放射セクションを介して所定の分解温度まで加熱され、放射パネルは、放射によって1つまたは複数の熱分解反応器に熱を伝達する。要素10:希釈剤は水蒸気を含む。要素11:1つまたは複数の熱分解反応器内で希釈剤として使用するための水蒸気の生成以外に、および/または分解ガス流との熱伝達を促進するために使用するための水蒸気の生成以外に、一次エネルギー伝達媒体として使用するための水蒸気は生成されない。要素12:1つもしくは複数の熱分解反応器、プラントの1つもしくは複数、大部分もしくは全部の水蒸気タービン、またはそれらの組合せ内で希釈剤として利用される水蒸気の大部分、一部または全部は、電気的に生成される。要素13:一次分留および圧縮セクション、生成物分離セクション、またはその両方は、1つまたは複数の圧縮機を備え、1つまたは複数の圧縮機の少なくとも半分または大部分は、非ガス駆動動作または非水蒸気駆動動作のために構成される。要素14:一次分留および圧縮セクション、生成物分離セクション、またはその両方は、1つまたは複数の圧縮機を備え、1つまたは複数の圧縮機のうちの少なくとも1つは、電気モータ駆動動作およびガス駆動動作または電気モータ駆動動作および水蒸気駆動動作の両方を介して二機能動作するように構成される。要素15:一次分留および圧縮セクション、生成物分離セクション、またはその両方は、1つまたは複数の圧縮機を備え、一次分留および圧縮セクション、生成物分離セクション、またはその両方の1つまたは複数の圧縮工程のための二重駆動圧縮機をさらに備え、その結果、圧縮工程は、二重駆動装置のうちの第2の二重駆動装置がオフラインである際にオンラインである、二重駆動装置のうちの第1の二重駆動装置を介して行うことができ、その逆も同様であり、二重駆動装置のうちの第1の二重駆動装置は電気モータ駆動され、二重駆動装置のうちの第2の二重駆動装置は水蒸気駆動または燃焼駆動される。要素16:プラントの構成は、利用可能な場合には再生可能電気による1つまたは複数の圧縮機の動作を可能にし、再生可能電気が利用可能でない場合には燃焼生成水蒸気またはガス燃焼による動作を可能にする。要素17:再生可能電気は、風力、太陽光、地熱、水力電気、原子力、潮汐、波またはそれらの組合せによって供給される。要素18:一次分留および圧縮セクション、生成物分離セクション、またはその両方は、1つまたは複数の蒸留塔および関連するリボイラを備え、1つまたは複数の蒸留塔のエネルギーの少なくとも一部は、電気的に供給および/または除去される。要素19:圧縮水素、供給物の圧縮炭化水素、生成物の圧縮炭化水素、極低温液体、熱電池、電気電池、またはそれらの組合せの形態の貯蔵エネルギーをさらに含み、その結果、再生可能電気が利用可能でない場合、圧縮水素、供給物由来の圧縮炭化水素、生成物の圧縮炭化水素、極低温液体、熱電池、電気電池またはそれらの組合せからの貯蔵エネルギーを利用することができる。要素20:（a）高圧の圧縮エタンもしくはLPG供給物のための貯蔵部であって、貯蔵された圧縮エタンもしくはLPG供給物が、電気を生成するために後に膨張され、続いて供給物として使用され得る、貯蔵部;（b）低温の圧縮エタンもしくはプロパン供給物のための貯蔵部であって、貯蔵された圧縮エタンもしくはLPG供給物が、冷媒として後に使用され、続いて供給物として利用され得る、貯蔵部;または（c）それらの組合せを備える。要素21:オレフィン合成プラント内の圧力または熱から電気を生成するように構成された電気生成装置をさらに備える。要素22:電気生成装置は、膨張器、熱電装置またはそれらの組合せを備える。要素23:1つまたは複数の熱分解反応器は、ナフサ、エタン、プロパン、ブタン、LPG、凝縮物、軽油、未変換ハイドロワックス（水素化分解装置底部）、フィッシャートロプシュワックス、水素化処理された原油および原油誘導体、リサイクルプラスチックからの熱分解油、バイオオイル、バイオディーゼル、バイオナフサ、またはそれらの組合せを含む気体または液体の炭化水素供給物を分解するように構成される。要素24:オレフィン合成プラント内で機械的仕事を行うために水蒸気が使用されないように構成される。要素25:燃焼排煙を生成しないように構成される。要素26:オレフィン合成プラント内で生成された水素から電気を生成するように動作可能な1つまたは複数の燃料電池をさらに備える。要素27:オレフィン合成プラント内で生成された水素をアンモニア合成プラントに輸送するように、および/またはオレフィン合成プラント内で生成された水素を窒素との反応によってアンモニアに変換するように構成される。要素28:オレフィン合成プラント内で生成されたメタンをメタノール合成プラントに輸送するように、および/またはオレフィン合成プラント内で生成されたメタンをメタノールに変換するように構成される。
追加的な開示部II
以下は、本開示による非限定的な特定の態様である。
供給流を前処理するように構成された供給物前処理セクション、希釈剤の存在下で供給流中の炭化水素を分解して分解ガス流を生成するように構成された1つまたは複数の熱分解反応器を備える熱分解セクション、分解ガス流からの熱回収と、分解ガス流のクエンチとを提供し、分解ガス流から燃料油、硫化水素、二酸化炭素、水、熱分解ガソリンまたはそれらの組合せを除去し、分解ガス流を圧縮し、それにより圧縮された分解ガス流を提供するように構成された一次分留および圧縮セクション、および/または 圧縮された分解ガス流から生成物オレフィン流を分離するように構成された生成物分離セクションを備える、軽質オレフィンを生成するためのオレフィン合成プラントであって、従来のオレフィン合成プラントと比較して、オレフィン合成プラント、供給物前処理セクション、熱分解セクション、一次分留および圧縮セクション、生成物分離セクションまたはそれらの組合せによって必要とされるエネルギーおよび/または正味エネルギーのさらに多くが、非炭素系エネルギー源、再生可能エネルギー源および/または電気によって供給されるようにオレフィン合成プラントが構成されている、オレフィン合成プラントである第1の態様。
非炭素系エネルギー源が電気を含む、第1の態様のオレフィン合成プラントである第2の態様。
供給流を前処理するように構成された供給物前処理セクション、希釈剤の存在下で供給流中の炭化水素を分解して分解ガス流を生成するように構成された1つまたは複数の熱分解反応器を備える熱分解セクション、分解ガス流からの熱回収と、分解ガス流のクエンチとを提供し、分解ガス流から燃料油、硫化水素、二酸化炭素、水、熱分解ガソリンまたはそれらの組合せを除去し、分解ガス流を圧縮し、それにより圧縮された分解ガス流を提供するように構成された一次分留および圧縮セクション;および/または圧縮された分解ガス流から生成物オレフィン流を分離するように構成された生成物分離セクションを備える、軽質オレフィンを生成するためのオレフィン合成プラントであって、オレフィン合成プラント、供給物前処理セクション、熱分解セクション、一次分留セクション、生成物分離セクションまたはそれらの組合せによって必要とされるプロセスエネルギーおよび/または正味プロセスエネルギーの大部分が、電気によって供給されるようにオレフィン合成プラントが構成されている、オレフィン合成プラントである第3の態様。
電気が再生可能エネルギー源から生成され、および/または再生可能エネルギー源が風力、太陽光、地熱、水力電気、原子力、潮汐、波またはそれらの組合せを含む、第2または第3の態様のオレフィン合成プラントである第4の態様。
1つまたは複数の熱分解反応器内の所定の分解温度が、燃料、炭素系燃料および/または化石燃料を燃焼させることなく達成される、第1、第2または第3の態様のオレフィン合成プラントである第5の態様。
オレフィン合成プラント内で燃料、炭素系燃料または化石燃料が燃焼されない、第1、第2または第3の態様のオレフィン合成プラントである第6の態様。
生成されるエチレン1トン当たりの生成されるCO2の量が、エチレン1トン当たりCO2 1.2トン未満に低減される、第1、第2または第3の態様のオレフィン合成プラントである第7の態様。
正味エネルギー入力から計算される比エネルギー消費量が、17GJ/トン未満である、第1、第2または第3の態様のオレフィン合成プラントである第8の態様。
消費される電気量が50MW以上である、第1、第2または第3の態様のオレフィン合成プラントである第9の態様。
1つまたは複数の熱分解反応器が、抵抗加熱および/または誘導加熱によって所定の分解温度まで加熱される、第1、第2または第3の態様のオレフィン合成プラントである第10の態様。
1つまたは複数の熱分解反応器が、電気的に生成された熱が放射パネルを加熱するために使用される放射セクションを介して所定の分解温度まで加熱され、放射パネルが、放射によって1つまたは複数の熱分解反応器に熱を伝達する、第1、第2または第3の態様のオレフィン合成プラントである第11の態様。
希釈剤が水蒸気を含む、第1、第2または第3の態様のオレフィン合成プラントである第12の態様。
1つまたは複数の熱分解反応器内で希釈剤として使用するための水蒸気の生成以外に、および/または分解ガス流との熱伝達を促進するために使用するための水蒸気の生成以外に、一次エネルギー伝達媒体として使用するための水蒸気が生成されない、第12の態様のオレフィン合成プラントである第13の態様。
1つもしくは複数の熱分解反応器、プラントの1つもしくは複数、大部分もしくは全部の水蒸気タービン、またはそれらの組合せ内で希釈剤として利用される水蒸気の大部分、一部または全部が、電気的に生成される、第12の態様のオレフィン合成プラントである第14の態様。
一次分留および圧縮セクション、生成物分離セクション、またはその両方が、1つまたは複数の圧縮機を備え、1つまたは複数の圧縮機の少なくとも半分または大部分が、非ガス駆動動作または非水蒸気駆動動作のために構成されている、第1、第2または第3の態様のオレフィン合成プラントである第15の態様。
一次分留および圧縮セクション、生成物分離セクション、またはその両方が、1つまたは複数の圧縮機を備え、1つまたは複数の圧縮機のうちの少なくとも1つが、電気モータ駆動動作およびガス駆動動作または電気モータ駆動動作および水蒸気駆動動作の両方を介して二機能動作するように構成されている、第1、第2または第3の態様のオレフィン合成プラントである第16の態様。
一次分留および圧縮セクション、生成物分離セクション、またはその両方が1つまたは複数の圧縮機を備える、第1、第2または第3の態様のオレフィン合成プラントである第17の態様であって、二重駆動装置のうちの第2の二重駆動装置がオフラインである際にオンラインである二重駆動装置のうちの第1の二重駆動装置を介して圧縮工程を行うことができるように、かつその逆も同様であるように、一次分留および圧縮セクション、生成物分離セクション、またはその両方の1つまたは複数の圧縮工程のための二重駆動圧縮機をさらに備え、二重駆動装置のうちの第1の二重駆動装置が電気モータ駆動され、二重駆動装置のうちの第2の二重駆動装置が水蒸気駆動または燃焼駆動される、第1、第2または第3の態様のオレフィン合成プラントである第17の態様。
プラントの構成が、利用可能な場合には再生可能電気による1つまたは複数の圧縮機の動作を可能にし、再生可能電気が利用可能でない場合には燃焼生成水蒸気またはガス燃焼による動作を可能にする、第15、第16または第17の態様のオレフィン合成プラントである第18の態様。
再生可能電気が、風力、太陽光、地熱、水力電気、原子力、潮汐、波またはそれらの組合せによって供給される、第15から第18の態様のいずれかのオレフィン合成プラントである第19の態様。
一次分留および圧縮セクション、生成物分離セクション、またはその両方が、1つまたは複数の蒸留塔および関連するリボイラを備え、1つまたは複数の蒸留塔のエネルギーの少なくとも一部が、電気的に供給および/または除去される、第1、第2または第3の態様のオレフィン合成プラントである第20の態様。
圧縮水素、供給物の圧縮炭化水素、生成物の圧縮炭化水素、極低温液体、熱電池、電気電池、またはそれらの組合せの形態の貯蔵エネルギーをさらに含み、その結果、再生可能電気が利用可能でない場合、圧縮水素、供給物由来の圧縮炭化水素、生成物の圧縮炭化水素、極低温液体、熱電池、電気電池またはそれらの組合せからの貯蔵エネルギーを利用することができる、第1、第2または第3の態様のオレフィン合成プラントである第21の態様。
（a）高圧の圧縮エタンもしくはLPG供給物のための貯蔵部であって、貯蔵された圧縮エタンもしくはLPG供給物が、電気を生成するために後に膨張され、続いて供給物として使用され得る、貯蔵部;（b）低温の圧縮エタンもしくはプロパン供給物のための貯蔵部であって、貯蔵された圧縮エタンもしくはLPG供給物が、冷媒として後に使用され、続いて供給物として利用され得る、貯蔵部;または（c）それらの組合せを備える、第21の態様のオレフィン合成プラントである第22の態様。
オレフィン合成プラント内の圧力または熱から電気を生成するように構成された電気生成装置をさらに備える、第1、第2または第3の態様のオレフィン合成プラントである第23の態様。
電気生成装置が、膨張器、熱電装置またはそれらの組合せを備える、第23の態様のオレフィン合成プラントである第24の態様。
1つまたは複数の熱分解反応器が、ナフサ、エタン、プロパン、ブタン、LPG、凝縮物、軽油、未変換ハイドロワックス（水素化分解装置底部）、フィッシャートロプシュワックス、水素化処理された原油および原油誘導体、リサイクルプラスチックからの熱分解油、バイオオイル、バイオディーゼル、バイオナフサ、またはそれらの組合せを含む気体または液体の炭化水素供給物を分解するように構成されている、第1、第2または第3の態様のオレフィン合成プラントである第25の態様。
オレフィン合成プラント内で機械的仕事を行うために水蒸気が使用されないように構成されている、第1、第2または第3の態様のオレフィン合成プラントである第26の態様。
燃焼排煙を生成しないように構成されている、第1、第2または第3の態様のオレフィン合成プラントである第27の態様。
オレフィン合成プラント内で生成された水素から電気を生成するように動作可能な1つまたは複数の燃料電池をさらに備える、第1、第2または第3の態様のオレフィン合成プラントである第28の態様。
オレフィン合成プラント内で生成された水素をアンモニア合成プラントに輸送するように、および/またはオレフィン合成プラント内で生成された水素を窒素との反応によってアンモニアに変換するように構成されている、第1、第2または第3の態様のオレフィン合成プラントである第29の態様。
オレフィン合成プラント内で生成されたメタンをメタノール合成プラントに輸送するように、および/またはオレフィン合成プラント内で生成されたメタンをメタノールに変換するように構成されている、第1、第2または第3の態様のオレフィン合成プラントである第30の態様。
本開示に記載される態様のいずれかのような方法を行うための、本明細書において記載される装置である、第31の態様。
追加的な開示部III
以下は、本開示による非限定的な特定の態様である。
本明細書において開示される態様は、以下を含む。
A:（a）炭化水素を含む供給流を分解して、オレフィンを含む分解ガスを生成する工程であって、供給流を分解することが、供給流の温度を分解温度まで上昇させることを含む、工程;（b）オレフィンを含む分解ガスから熱を回収する工程;（c）分解ガスを圧縮して、圧縮された分解ガスを提供する工程;（d）圧縮された分解ガスから酸性ガスを除去する工程;（e）酸性ガス低減分解ガスを乾燥させて、乾燥させた分解ガスを生成する工程;（f）乾燥させた分解ガスを冷却して、冷却された分解ガスを提供する工程;（g）冷却された分解ガスから1つもしくは複数のオレフィンを分離する工程;または（h）それらの組合せを含む、オレフィンを生成する方法であって、水蒸気分解を介してオレフィンを生成する従来の方法と比較して、（a）、（b）、（c）、（d）、（e）、（f）、（g）または（h）によって必要とされるエネルギーおよび/または正味エネルギーのさらに多くが、非炭素系エネルギー源、再生可能エネルギー源および/または電気によって供給される、方法。
B:（a）炭化水素を含む供給流を分解して、オレフィンを含む分解ガスを生成する工程であって、供給流を分解することが、供給流の温度を分解温度まで上昇させることを含む、工程;（b）分解ガスから熱を回収する工程;（c）分解ガスを圧縮して、圧縮された分解ガスを提供する工程;（d）圧縮された分解ガスから酸性ガスを除去する工程;（e）酸性ガス低減分解ガスを乾燥させて、乾燥させた分解ガスを生成する工程;（f）分解ガスを冷却して、冷却された分解ガスを提供する工程;（g）冷却された分解ガスから1つもしくは複数のオレフィンを分離する工程;または（h）それらの組合せを含む、オレフィンを生成する方法であって、（a）、（b）、（c）、（d）、（e）、（f）、（g）または（h）で必要とされるエネルギーおよび/または正味エネルギーの大部分が電気によって供給される、方法。
態様AおよびBの各々は、以下の追加の要素のうちの1つまたは複数を有し得る:要素1:非炭素系エネルギー源は電気を含む。要素2:電気は、再生可能エネルギー源から生成され、および/または再生可能エネルギー源は、風力、太陽光、地熱、水力電気、原子力、潮汐、波またはそれらの組合せを含む。要素3:供給流の温度を分解温度まで上昇させることは、燃料、炭素系燃料および/または化石燃料を燃焼させることなく行われる。要素4:燃料、炭素系燃料および/または化石燃料の燃焼は加熱に利用されない。要素5:非炭素系エネルギー源は断続的エネルギー源（IES）を含むか、断続的エネルギー源（IES）を介して電気が生成され、工程（a）～（h）のいずれかまたはそれらの組合せは、IESが利用可能である場合、燃料、炭素系燃料および/または化石燃料を燃焼させることなく行われ、IESが利用可能でない場合、IESからのエネルギーの貯蔵供給を介して、および/または燃料、炭素系燃料および/または化石燃料を燃焼させることによって行われる。要素6:（a）は、電気加熱によって所望の分解温度まで加熱される1つまたは複数の熱分解反応器内で行われる。要素7:電気加熱は、抵抗加熱および/または誘導加熱を含む。要素8:（b）分解ガスから熱を回収する工程は、水蒸気を生成することを含み、（b）における水蒸気の生成以外に、水蒸気は一次エネルギー伝達媒体として利用されない。要素9:（i）水蒸気は生成されない;（ii）水蒸気は、（a）における希釈剤として以外には生成および利用されない;または（iii）（b）分解ガスから熱を回収する工程は、供給流を予熱するためにのみ利用される水蒸気を生成することを含む。要素10:（a）は、放射セクション内で供給流を電気的に加熱することによって供給流の温度を分解温度まで上昇させる工程;水蒸気もしくは過熱水蒸気を分解反応器に注入する工程であって、水蒸気もしくは過熱水蒸気が電気的に生成される、工程;インピーダンスによって供給流を加熱する工程;誘導によって加熱する工程;ヒートポンプを介して加熱する工程;抵抗加熱された要素を通過させることによって供給流を加熱する工程;高温の不活性ガスもしくは他の高温媒体を分解反応器の管に通すことによって加熱する工程であって、高温ガスもしくは加熱された媒体が電気的に加熱される、工程;電気加熱要素を備える熱交換器によって供給流を加熱する工程;抵抗加熱によって供給流を加熱する工程;オーム加熱、プラズマ、電気アーク、RF、IR、UV、マイクロ波もしくはそれらの組合せによって供給流を直接加熱する工程;熱電装置によって供給流を加熱する工程;電気駆動機械的手段を介して供給流を加熱する工程;またはそれらの組合せを含む。要素11:（b）分解ガスから熱を回収する工程は、水蒸気の生成を含まない。要素12:（b）分解ガスから熱を回収する工程は、分解ガスと供給流との間の直接熱交換;1つもしくは複数の温度での1つもしくは複数の熱交換を介した分解ガスと供給流との間の間接熱交換であって、熱伝達流体が分解ガスから供給流に熱を移動させるためにのみ使用される、間接熱交換;電気を生成するための熱電装置と結合された分解ガス冷却器を介して熱を抽出すること;またはそれらの組合せを含む。要素13:（b）は、低温流体の利用を含み、水クエンチ中に低温流体に導入される熱は、供給流を分解温度まで加熱するために利用され;低温流体は、電気を生成するために熱電装置と結合され;吸収式チラーは、低温流体を冷却するために利用され、その結果、分解ガスが従来の温度よりも低い温度まで電気的に冷却され;低温流体は、ヒートポンプに結合され;熱電装置は、低温流体の温度を変更するために利用され;電気ヒータは、低温流体の温度を変更するために利用され;またはそれらの組合せである。要素14:電気ヒータを利用して、プロセス水ストリッパリボイラを加熱する;電極式ボイラを利用して、再循環されたプロセス水を気化させ、（a）で希釈剤として利用される水蒸気を生成する;電気ヒータを利用して、水蒸気もしくは過熱水蒸気を生成する;またはそれらの組合せを行う。要素15:（c）分解ガスを圧縮して圧縮された分解ガスを提供する工程は、多段一次分解ガス圧縮の少なくとも1つの圧縮段では水蒸気タービンではなく電気モータによって駆動される圧縮機;電動駆動圧縮機によって圧縮する工程;圧縮された分解されたガスの圧力を従来の方法と比較して増加もしくは低下させる工程;少なくとも1つの圧縮段の上流の1つもしくは複数の蒸気/液体セパレータに一体化された熱電装置を利用する工程;またはそれらの組合せを含む。要素16:（d）圧縮された分解ガスから酸性ガスを除去する工程は、アミンシステムを備え、ストリッパは電気ヒータによって加熱される。要素17:（e）酸性ガス低減分解ガスを乾燥させて乾燥させた分解ガスを生成する工程は、酸性ガス低減分解ガスと固体水分吸着剤とを接触させ、電気によって加熱される乾燥ガスを用いて固体水分吸着剤を定期的に再生する工程;乾燥に利用される乾燥機容器を電気的に加熱する工程;再生ガスからの水を乾燥させ凝縮するために閉ループシステムを利用する工程;またはそれらの組合せを含む。要素18:（f）は、乾燥させた分解ガスを極低温冷却して、1つもしくは複数の冷凍圧縮機を介して冷却することによって冷却された分解ガスを提供する工程であって、冷凍圧縮機の大部分もしくは全部が電化されている、工程;従来よりも多数の冷凍圧縮機および/または圧縮段を利用し、1つもしくは複数の冷凍圧縮機および/または圧縮段の各々を調整する工程;従来にない作動流体（例えば、窒素または二酸化炭素）を利用する工程;1つもしくは複数の圧力降下工程で、従来は失われたエネルギーを電気として回収する工程;従来の冷凍ではなく、直接電気冷却（例えば、熱電装置）を利用する工程;またはそれらの組合せを含む。要素19:方法は、メタンおよび水素を主に含む流れを生成し、方法は、メタンおよび水素を主に含む流れの少なくとも一部を、メタノールもしくはアンモニアを生成するプロセスに導入する工程;または（i）メタンおよび水素を主に含む流れから水素を分離する工程をさらに含み、（i）メタンおよび水素を主に含む流れから水素を分離する工程は、電化圧縮機を介してメタンおよび水素を主に含む流れを任意で圧縮して、メタンおよび水素を含む圧縮された流れを提供し、メタンおよび水素を含む圧縮された流れをメタンを含む流れと水素を含む流れとに分離する工程;ならびにIES供給源が利用可能な場合は（例えば日中）水素を含む流れを貯蔵し、IES供給源が利用可能でない場合は（例えば夜間）燃料電池を利用して、水素を含む貯蔵された流れから電気を作る工程;および/または水素を含む流れを（例えば、アンモニアプラントまたはメタノールプラントに）輸送する工程を含む。要素20:（a）に必要なエネルギーは、分解ガスとの熱交換、および電気のみから得られる。要素21:（a）で利用される希釈水蒸気は、電気的に生成および加熱される。要素22:（a）の温度を超えるまで希釈剤流を過熱して過熱希釈剤流を提供すること、および過熱希釈剤流と供給流とを組み合わせることによって、（a）に必要なエネルギーの一部が得られる。要素23:（a）で利用される1つまたは複数の分解反応器に温度プロファイルを課すために電気加熱が使用される。
追加的な開示部IV
以下は、本開示による非限定的な特定の態様である。
（a）炭化水素を含む供給流を分解して、オレフィンを含む分解ガスを生成する工程であって、供給流を分解することが、供給流の温度を分解温度まで上昇させることを含む、工程、（b）オレフィンを含む分解ガスから熱を回収する工程、（c）分解ガスを圧縮して、圧縮された分解ガスを提供する工程、（d）圧縮された分解ガスから酸性ガスを除去する工程、（e）酸性ガス低減分解ガスを乾燥させて、乾燥させた分解ガスを生成する工程、（f）乾燥させた分解ガスを冷却して、冷却された分解ガスを提供する工程、（g）冷却された分解ガスから1つもしくは複数のオレフィンを分離する工程、または（h）それらの組合せを含む、オレフィンを生成する方法であって、水蒸気分解を介してオレフィンを生成する従来の方法と比較して（a）、（b）、（c）、（d）、（e）、（f）、（g）または（h）によって必要とされるエネルギーおよび/または正味エネルギーのさらに多くが非炭素系エネルギー源、再生可能エネルギー源および/または電気によって供給される方法である第1の態様。
非炭素系エネルギー源が電気を含む、第1の態様の方法である第2の態様。
（a）炭化水素を含む供給流を分解して、オレフィンを含む分解ガスを生成する工程であって、供給流を分解することが、供給流の温度を分解温度まで上昇させることを含む、工程、（b）分解ガスから熱を回収する工程、（c）分解ガスを圧縮して、圧縮された分解ガスを提供する工程、（d）圧縮された分解ガスから酸性ガスを除去する工程、（e）酸性ガス低減分解ガスを乾燥させて、乾燥させた分解ガスを生成する工程、（f）分解ガスを冷却して、冷却された分解ガスを提供する工程、（g）冷却された分解ガスから1つもしくは複数のオレフィンを分離する工程、または（h）それらの組合せを含む、オレフィンを生成する方法であって、（a）、（b）、（c）、（d）、（e）、（f）、（g）または（h）で必要とされるエネルギーおよび/または正味エネルギーの大部分が電気によって供給される方法である第3の態様。
電気が、再生可能エネルギー源から生成され、および/または再生可能エネルギー源が、風力、太陽光、地熱、水力電気、原子力、潮汐、波またはそれらの組合せを含む、第2または第3の態様の方法である第4の態様。
供給流の温度を分解温度まで上昇させることが、燃料、炭素系燃料および/または化石燃料を燃焼させることなく行われる、第2または第3の態様の方法である第5の態様。
燃料、炭素系燃料および/または化石燃料の燃焼が加熱に利用されない、第2または第3の態様の方法である第6の態様。
非炭素系エネルギー源が断続的エネルギー源（IES）を含むか、断続的エネルギー源（IES）を介して電気が生成され、工程（a）～（h）のいずれかまたはそれらの組合せが、IESが利用可能である場合、燃料、炭素系燃料および/または化石燃料を燃焼させることなく行われ、IESが利用可能でない場合、IESからのエネルギーの貯蔵供給を介して、および/または燃料、炭素系燃料および/または化石燃料を燃焼させることによって行われる、第2または第3の態様の方法である第7の態様。
（a）が、電気加熱によって所望の分解温度まで加熱される1つまたは複数の熱分解反応器内で行われる、第2または第3の態様の方法である第8の態様。
電気加熱が、抵抗加熱および/または誘導加熱を含む、第8の態様の方法である第9の態様。
（b）分解ガスから熱を回収する工程が、水蒸気を生成することを含み、（b）における水蒸気の生成以外に、水蒸気が一次エネルギー伝達媒体として利用されない、第1、第2または第3の態様の方法である第10の態様。
（i）水蒸気が生成されない、（ii）水蒸気が、（a）における希釈剤として以外には生成および利用されない、または（iii）（b）分解ガスから熱を回収する工程が、供給流を予熱するためにのみ利用される水蒸気を生成することを含む、第1、第2または第3の態様の方法である第11の態様。
（a）が、放射セクション内で供給流を電気的に加熱することによって供給流の温度を分解温度まで上昇させる工程;水蒸気もしくは過熱水蒸気を分解反応器に注入する工程であって、水蒸気もしくは過熱水蒸気が電気的に生成される、工程;インピーダンスによって供給流を加熱する工程;誘導によって加熱する工程;ヒートポンプを介して加熱する工程;抵抗加熱された要素を通過させることによって供給流を加熱する工程;高温の不活性ガスもしくは他の高温媒体を分解反応器の管に通すことによって加熱する工程であって、高温ガスもしくは加熱された媒体が電気的に加熱される、工程;電気加熱要素を備える熱交換器によって供給流を加熱する工程;抵抗加熱によって供給流を加熱する工程;オーム加熱、プラズマ、電気アーク、RF、IR、UV、マイクロ波もしくはそれらの組合せによって供給流を直接加熱する工程;熱電装置によって供給流を加熱する工程;電気駆動機械的手段を介して供給流を加熱する工程;またはそれらの組合せを含む、第2または第3の態様の方法である第12の態様。
（b）分解ガスから熱を回収する工程が、水蒸気の生成を含まない、第1、第2または第3の態様の方法である第13の態様。
（b）分解ガスから熱を回収する工程が、分解ガスと供給流との間の直接熱交換;1つもしくは複数の温度での1つもしくは複数の熱交換を介した分解ガスと供給流との間の間接熱交換であって、熱伝達流体が分解ガスから供給流に熱を移動させるためにのみ使用される、間接熱交換;電気を生成するための熱電装置と結合された分解ガス冷却器を介して熱を抽出すること;またはそれらの組合せを含む、第1、第2または第3の態様の方法である第14の態様。
（b）が、低温流体の利用を含み、水クエンチ中に低温流体に導入される熱が、供給流を分解温度まで加熱するために利用され、低温流体が、電気を生成するために熱電装置と結合され、吸収式チラーが、低温流体を冷却するために利用され、その結果、分解ガスが従来の温度よりも低い温度まで電気的に冷却され、低温流体が、ヒートポンプに結合され、熱電装置が、低温流体の温度を変更するために利用され、電気ヒータが、低温流体の温度を変更するために利用され、またはそれらの組合せである、第2または第3の態様の方法である第15の態様。
電気ヒータを利用して、プロセス水ストリッパリボイラを加熱する；電極式ボイラを利用して、再循環されたプロセス水を気化させ、（a）で希釈剤として利用される水蒸気を生成する；電気ヒータを利用して、水蒸気もしくは過熱水蒸気を生成する；またはそれらの組合せを行う、第2または第3の態様の方法である第16の態様。
（c）分解ガスを圧縮して圧縮された分解ガスを提供する工程が、多段一次分解ガス圧縮の少なくとも1つの圧縮段では水蒸気タービンではなく電気モータによって駆動される圧縮機;電動駆動圧縮機によって圧縮する工程;圧縮された分解されたガスの圧力を従来の方法と比較して増加もしくは低下させる工程;少なくとも1つの圧縮段の上流の1つもしくは複数の蒸気/液体セパレータに一体化された熱電装置を利用する工程;またはそれらの組合せを含む、第2または第3の態様の方法である第17の態様。
（d）圧縮された分解ガスから酸性ガスを除去する工程がアミンシステムを備え、ストリッパが電気ヒータによって加熱される、第2または第3の態様の方法である第18の態様。
（e）酸性ガス低減分解ガスを乾燥させて乾燥させた分解ガスを生成する工程が、酸性ガス低減分解ガスと固体水分吸着剤とを接触させ、電気によって加熱される乾燥ガスを用いて固体水分吸着剤を定期的に再生する工程;乾燥に利用される乾燥機容器を電気的に加熱する工程;再生ガスからの水を乾燥させ凝縮するために閉ループシステムを利用する工程;またはそれらの組合せを含む、第2または第3の態様の方法である第19の態様。
（f）が、乾燥させた分解ガスを極低温冷却して、1つもしくは複数の冷凍圧縮機を介して冷却することによって冷却された分解ガスを提供する工程であって、冷凍圧縮機の大部分もしくは全部が電化されている、工程;従来よりも多数の冷凍圧縮機および/または圧縮段を利用し、1つもしくは複数の冷凍圧縮機および/または圧縮段の各々を調整する工程;従来にない作動流体（例えば、窒素または二酸化炭素）を利用する工程;1つもしくは複数の圧力降下工程で、従来は失われたエネルギーを電気として回収する工程;従来の冷凍ではなく、直接電気冷却（例えば、熱電装置）を利用する工程;またはそれらの組合せを含む、第2または第3の態様の方法である第20の態様。
方法が、メタンおよび水素を主に含む流れを生成し、方法が、メタンおよび水素を主に含む流れの少なくとも一部を、メタノールもしくはアンモニアを生成するプロセスに導入する工程、または（i）メタンおよび水素を主に含む流れから水素を分離する工程をさらに含み、（i）メタンおよび水素を主に含む流れから水素を分離する工程が、電化圧縮機を介してメタンおよび水素を主に含む流れを任意で圧縮して、メタンおよび水素を含む圧縮された流れを提供し、メタンおよび水素を含む圧縮された流れをメタンを含む流れと水素を含む流れとに分離する工程、ならびにIES供給源が利用可能な場合は（例えば日中）水素を含む流れを貯蔵し、IES供給源が利用可能でない場合は（例えば夜間）燃料電池を利用して、水素を含む貯蔵された流れから電気を作る工程、および/または水素を含む流れを（例えば、アンモニアプラントまたはメタノールプラントに）輸送する工程を含む、第2または第3の態様の方法である第21の態様。
（a）に必要なエネルギーが、分解ガスとの熱交換、および電気のみから得られる、第2または第3の態様の方法である第22の態様。
（a）で利用される希釈水蒸気が、電気的に生成および加熱される、第2または第3の態様の方法である第23の態様。
（a）の温度を超えるまで希釈剤流を過熱して過熱希釈剤流を提供すること、および過熱希釈剤流と供給流とを組み合わせることによって、（a）に必要なエネルギーの一部が得られる、第2または第3の態様の方法である第24の態様。
（a）で利用される1つまたは複数の分解反応器に温度プロファイルを課すために電気加熱が使用される、第2または第3の態様の方法である第25の態様。
追加的な開示部V
以下は、本開示による非限定的な特定の態様である。
供給流を前処理するように構成された供給物前処理セクションと、1つまたは複数の炉のうちの少なくとも1つが電化された炉であるように構成されており、各電化された炉が、希釈剤の存在下で供給流中の炭化水素を分解して分解ガス流を生成するように構成された1つまたは複数の熱分解反応器を備える熱分解セクションをさらに備える1つまたは複数の炉と、（a）分解ガス流からの熱回収と分解ガス流のクエンチとを提供し、（b）分解ガス流から燃料油、硫化水素、二酸化炭素、水、熱分解ガソリンまたはそれらの組合せを除去し、（c）分解ガス流を圧縮し、それにより圧縮された分解ガス流を提供するように構成された一次分留および圧縮セクションと、少なくともエチレンを含む生成物オレフィン流を圧縮された分解ガス流から分離するように構成された生成物分離セクションとを備える、軽質オレフィンを生成するためのオレフィン合成プラントであって、燃料も炭素系燃料も化石燃料もそれらの組合せも燃焼させることなく、各電化された炉全体の加熱の少なくとも90％が引き起こされるように、各電化された炉が構成されており、オレフィン合成プラントが、10MW以上、20MW以上、30MW以上、40MW以上、50MW以上、60MW以上、70MW以上、80MW以上、90MW以上または100MW以上の電力を消費するように構成されている、オレフィン合成プラントである第1の態様。一局面では、第1の態様の1つまたは複数の炉のうちの1つ、複数または全部は、電化された炉であってよい。別の局面では、電化された炉である、第1の態様の1つまたは複数の炉は、（i）炉1つ当たり10MW以上、20MW以上、30MW以上、40MW以上、50MW以上、60MW以上、70MW以上、80MW以上、90MW以上または100MW以上の電力を消費するか、（ii）合計（例えば、全部の電化された炉を組み合わせて）10MW以上、20MW以上、30MW以上、40MW以上、50MW以上、60MW以上、70MW以上、80MW以上、90MW以上または100MW以上の電力を消費するか、（iii）（i）および（ii）の両方であるように、構成される。
各電化された炉が、排煙熱回収セクションを有しない、第1の態様によるオレフィン合成プラントである第2の態様。
オレフィン合成プラントにおける機械的仕事の少なくとも10、少なくとも20、少なくとも30、少なくとも40、少なくとも50、少なくとも60、少なくとも70、少なくとも80、少なくとも90、少なくとも95、少なくとも99または少なくとも100％が、水蒸気を使用せずに引き起こされる、第1または第2の態様によるオレフィン合成プラントである第3の態様。
生成されるエチレン1トン当たりの生成されるCO2の量が、オレフィン合成プラントで生成されるエチレン1トン当たりCO2 0.1トン未満、0.2トン未満、0.3トン未満、0.4トン未満、0.5トン未満、0.6トン未満、0.7トン未満、0.8トン未満、0.9トン未満、1.0トン未満、1.1トン未満、1.2トン未満、1.3トン未満、1.4トン未満、1.5トン未満、1.6トン未満、1.7トン未満、1.8トン未満、1.9トン未満または2.0トン未満に低減される、第1から第3の態様のいずれかによるオレフィン合成プラントである第4の態様。
各電化された炉における正味エネルギー入力から計算される比エネルギー消費量が17GJ/トン未満である、第1から第4の態様のいずれかによるオレフィン合成プラントである第5の態様。
1つまたは複数の熱分解反応器が、抵抗加熱によって所定の分解温度まで加熱される、第1から第5の態様のいずれかによるオレフィン合成プラントである第6の態様。
1つまたは複数の熱分解反応器が、誘導加熱によって所定の分解温度まで加熱される、第1から第6の態様のいずれかによるオレフィン合成プラントである第7の態様。
1つまたは複数の熱分解反応器が、放射セクションを介して所定の分解温度まで加熱され、放射セクションにおいて、電気的に生成された熱が、放射によって1つまたは複数の熱分解反応器に熱を直接伝達するために使用されるか、放射によって1つまたは複数の熱分解反応器に熱を伝達する放射パネルを加熱するために使用されるか、これらの方法の組合せによって使用される、第1から第7の態様のいずれかによるオレフィン合成プラントである第8の態様。
1つもしくは複数の熱分解反応器内で希釈剤として使用するための水蒸気の生成以外に、または分解ガス流との熱伝達を促進するために使用するための水蒸気の生成以外に、一次エネルギー伝達媒体として使用するための水蒸気が生成されない、第1から第8の態様のいずれかによるオレフィン合成プラントである第9の態様。
再生可能電気が利用可能でない場合に貯蔵エネルギーを利用することができるように、圧縮水素、供給物の圧縮炭化水素、生成物の圧縮炭化水素、極低温液体、熱電池、電気電池、またはそれらの組合せの形態のエネルギーを貯蔵することをさらに含む、第1から第9の態様のいずれかによるオレフィン合成プラントである第10の態様。
（a）高圧の圧縮エタンもしくはLPG供給物のための貯蔵部であって、貯蔵された圧縮エタンもしくはLPG供給物が、電気を生成するために後に膨張され、続いて供給物として使用され得る、貯蔵部;（b）低温の圧縮エタンもしくはプロパン供給物のための貯蔵部であって、貯蔵された圧縮エタンもしくはLPG供給物が、冷媒として後に使用され、続いて供給物として利用され得る、貯蔵部;または（c）それらの組合せを備える、第9の態様によるオレフィン合成プラントである第11の態様。
（a）高圧の圧縮エテンおよび/またはプロペンもしくはそれらの組合せ中間生成物のための貯蔵部であって、貯蔵された圧縮エテンおよび/またはプロペン中間生成物が、電気を生成するために後に膨張され、続いて最終生成物として使用され得る、貯蔵部;（b）低温の圧縮エテンもしくはプロペン中間生成物のための貯蔵部であって、貯蔵された圧縮エテンおよび/またはプロペン中間生成物が、冷媒として後に使用され、続いて最終生成物として利用され得る、貯蔵部;または（c）それらの組合せを備える、第9の態様によるオレフィン合成プラントである第12の態様。
（a）炭化水素を含む供給流を分解して、オレフィンを含む分解ガスを生成する工程であって、供給流を分解することが、供給流の温度を分解温度まで上昇させることを含む、工程、（b）オレフィンを含む分解ガスから熱を回収する工程、（c）分解ガスを圧縮して、圧縮された分解ガスを提供する工程、（d）圧縮された分解ガスから酸性ガスを除去する工程、（e）酸性ガス低減分解ガスを乾燥させて、乾燥させた分解ガスを生成する工程、（f）乾燥させた分解ガスを冷却して、冷却された分解ガスを提供する工程、および（g）冷却された分解ガスから、少なくともエチレンを含む1つまたは複数のオレフィンを分離する工程を含む、オレフィンを生成する方法であって、生成されるエチレン1トン当たりの生成されるCO2の量が、エチレン1トン当たりCO2 0.5トン未満に低減され、方法中の加熱の少なくとも50％が、燃料も炭素系燃料も化石燃料もそれらの組合せも燃焼させることなく引き起こされ、方法が、10MW以上、20MW以上、30MW以上、40MW以上、50MW以上、60MW以上、70MW以上、80MW以上、90MW以上または100MW以上の電力を消費する方法である第13の態様。
供給流の温度を分解温度まで上昇させるための所要熱量の少なくとも90％が、燃料も炭素系燃料も化石燃料もそれらの組合せも燃焼させることなくもたらされる、第13の態様による方法である第14の態様。
方法中の加熱の少なくとも90％が、燃料も炭素系燃料も化石燃料もそれらの組合せも燃焼させることなく達成される、第13または第14の態様による方法である第15の態様。
（b）分解ガスから熱を回収する工程が、水蒸気を生成することを含み、（b）における水蒸気の生成以外に、水蒸気が一次エネルギー伝達媒体として利用されない、第13から第15の態様のいずれかによる方法である第16の態様。
（i）水蒸気が生成されない、（ii）水蒸気が、（a）における希釈剤として以外には生成および利用されない、または（iii）（b）分解ガスから熱を回収する工程が、供給流を予熱するためにのみ利用される水蒸気を生成することを含むが、（a）における希釈剤として以外には他の水蒸気が生成および利用されない、第13から第16の態様のいずれかによる方法である第17の態様。
（b）分解ガスから熱を回収する工程が、分解ガスと供給流との間の直接熱交換;1つもしくは複数の温度での1つもしくは複数の熱交換を介した分解ガスと供給流との間の間接熱交換であって、熱伝達流体が分解ガスから供給流に熱を移動させるためにのみ使用される、間接熱交換;電気を生成するための熱電装置と結合された分解ガス冷却器を介して熱を抽出すること;またはそれらの組合せを含む、第13から第17の態様のいずれかによる方法である第18の態様。
電気ヒータを利用して、プロセス水ストリッパリボイラを加熱する；電気ボイラを利用して、再循環されたプロセス水を気化させ、（a）で希釈剤として利用される水蒸気を生成する；電気ヒータを利用して、水蒸気もしくは過熱水蒸気を生成する；またはそれらの組合せを行う、第13から第18の態様のいずれかによる方法である第19の態様。
（a）で利用される希釈水蒸気が、電気的に生成および加熱される、第13から第19の態様のいずれかによる方法である第20の態様。
（a）の温度を超えるまで希釈剤流を過熱して過熱希釈剤流を提供すること、および過熱希釈剤流と供給流とを組み合わせることによって、（a）に必要なエネルギーの一部が得られる、第13から第20の態様のいずれかによる方法である第21の態様。
（a）で利用される1つまたは複数の分解反応器に温度プロファイルを課すために電気加熱が使用される、第13から第21の態様のいずれかによる方法である第22の態様。
本発明の好ましい態様を示し説明してきたが、本開示の教示から逸脱することなく、当業者によってその変更が行われ得る。本明細書において記載される態様は例示に過ぎず、限定することを意図するものではない。本明細書において開示される本発明の多くの変形例および変更が可能であり、本発明の範囲内である。
上記の開示が十分に理解されると、多数の他の変更、均等物および代替物が当業者に明らかになるであろう。添付の特許請求の範囲は、適用可能な場合、すべてのそのような変更、均等物および代替物を包含すると解釈されることが意図されている。したがって、保護の範囲は、上記の説明によって限定されず、添付の特許請求の範囲によってのみ限定され、その範囲は、特許請求の範囲の主題のすべての均等物を含む。各々のおよびすべての請求項は、本発明の一態様として本明細書に組み入れられる。したがって、特許請求の範囲は、さらなる説明であり、本発明の詳細な説明に対する追加である。本明細書において引用されるすべての特許、特許出願および刊行物の開示は、参照により本明細書に組み入れられる。

Claims (22)

  1. 供給流を前処理するように構成された、供給物前処理セクション;
    1つまたは複数の炉であって、該1つまたは複数の炉のうちの少なくとも1つが、電化された炉であるように構成されており、各電化された炉が、希釈剤の存在下で該供給流中の炭化水素を分解して分解ガス流を生成するように構成された1つまたは複数の熱分解反応器を備える熱分解セクションをさらに備える、1つまたは複数の炉;
    （a）該分解ガス流からの熱回収と該分解ガス流のクエンチとを提供し、
    （b）該分解ガス流から燃料油、硫化水素、二酸化炭素、水、熱分解ガソリンまたはそれらの組合せを除去し、
    （c）該分解ガス流を圧縮し、それにより圧縮された分解ガス流を提供する
    ように構成された、一次分留および圧縮セクション;ならびに
    少なくともエチレンを含む生成物オレフィン流を該圧縮された分解ガス流から分離するように構成された、生成物分離セクション
    を備える、軽質オレフィンを生成するためのオレフィン合成プラントであって、
    燃料も炭素系燃料も化石燃料もそれらの組合せも燃焼させることなく、各電化された炉全体の加熱の少なくとも90％が引き起こされるように、各電化された炉が構成されており、
    該オレフィン合成プラントが、10MW以上の電力を消費するように構成されている、
    該オレフィン合成プラント。
  2. 各電化された炉が、排煙熱回収セクションを有しない、請求項1記載のオレフィン合成プラント。
  3. オレフィン合成プラントにおける機械的仕事の少なくとも10％が、水蒸気を使用せずに引き起こされる、請求項1記載のオレフィン合成プラント。
  4. 生成されるエチレン1トン当たりの生成されるCO2の量が、オレフィン合成プラントで生成されるエチレン1トン当たりCO2 0.5トン未満に低減される、請求項1記載のオレフィン合成プラント。
  5. 各電化された炉における正味エネルギー入力から計算される比エネルギー消費量が17GJ/トン未満である、請求項1記載のオレフィン合成プラント。
  6. 1つまたは複数の熱分解反応器が、抵抗加熱によって所定の分解温度まで加熱される、請求項1記載のオレフィン合成プラント。
  7. 1つまたは複数の熱分解反応器が、誘導加熱によって所定の分解温度まで加熱される、請求項1記載のオレフィン合成プラント。
  8. 1つまたは複数の熱分解反応器が、放射セクションを介して所定の分解温度まで加熱され、該放射セクションにおいて、電気的に生成された熱が、放射によって1つまたは複数の熱分解反応器に熱を直接伝達するために使用されるか、放射によって該1つまたは複数の熱分解反応器に熱を伝達する放射パネルを加熱するために使用されるか、これらの方法の組合せによって使用される、請求項1記載のオレフィン合成プラント。
  9. 1つもしくは複数の熱分解反応器内で希釈剤として使用するための水蒸気の生成以外に、または分解ガス流との熱伝達を促進するために使用するための水蒸気の生成以外に、一次エネルギー伝達媒体として使用するための水蒸気が生成されない、請求項1記載のオレフィン合成プラント。
  10. 再生可能電気が利用可能でない場合に貯蔵エネルギーを利用することができるように、圧縮水素、供給物の圧縮炭化水素、生成物の圧縮炭化水素、極低温液体、熱電池、電気電池、またはそれらの組合せの形態のエネルギーを貯蔵することをさらに含む、請求項1記載のオレフィン合成プラント。
  11. （a）高圧の圧縮エタンもしくはLPG供給物のための貯蔵部であって、貯蔵された圧縮エタンもしくはLPG供給物が、電気を生成するために後に膨張され、続いて供給物として使用され得る、貯蔵部;
    （b）低温の圧縮エタンもしくはプロパン供給物のための貯蔵部であって、貯蔵された圧縮エタンもしくはLPG供給物が、冷媒として後に使用され、続いて供給物として利用され得る、貯蔵部;または
    （c）それらの組合せ
    を備える、請求項9記載のオレフィン合成プラント。
  12. （a）高圧の圧縮エテンおよび/もしくはプロペンまたはそれらの組合せの中間生成物のための貯蔵部であって、貯蔵された圧縮エテンおよび/もしくはプロペン中間生成物が、電気を生成するために後に膨張され、続いて最終生成物として使用され得る、貯蔵部;
    （b）低温の圧縮エテンもしくはプロペン中間生成物のための貯蔵部であって、貯蔵された圧縮エテンおよび/もしくはプロペン中間生成物が、冷媒として後に使用され、続いて最終生成物として利用され得る、貯蔵部;または
    （c）それらの組合せ
    を備える、請求項9記載のオレフィン合成プラント。
  13. （a）炭化水素を含む供給流を分解して、オレフィンを含む分解ガスを生成する工程であって、該供給流を分解することが、該供給流の温度を分解温度まで上昇させることを含む、工程;
    （b）オレフィンを含む該分解ガスから熱を回収する工程;
    （c）該分解ガスを圧縮して、圧縮された分解ガスを提供する工程;
    （d）該圧縮された分解ガスから酸性ガスを除去する工程;
    （e）該酸性ガス低減分解ガスを乾燥させて、乾燥させた分解ガスを生成する工程;
    （f）該乾燥させた分解ガスを冷却して、冷却された分解ガスを提供する工程;および
    （g）該冷却された分解ガスから、少なくともエチレンを含む1つまたは複数のオレフィンを分離する工程
    を含む、オレフィンを生成する方法であって、
    生成されるエチレン1トン当たりの生成されるCO2の量が、エチレン1トン当たりCO2 0.5トン未満に低減され、
    該方法中の加熱の少なくとも50％が、燃料も炭素系燃料も化石燃料もそれらの組合せも燃焼させることなく引き起こされ、
    該方法が、10MW以上の電力を消費する、
    該方法。
  14. 供給流の温度を分解温度まで上昇させるための所要熱量の少なくとも90％が、燃料も炭素系燃料も化石燃料もそれらの組合せも燃焼させることなくもたらされる、請求項13記載の方法。
  15. 前記方法中の加熱の少なくとも90％が、燃料も炭素系燃料も化石燃料もそれらの組合せも燃焼させることなく達成される、請求項13記載の方法。
  16. （b）分解ガスから熱を回収する工程が、水蒸気を生成することを含み、（b）における水蒸気の生成以外に、水蒸気が一次エネルギー伝達媒体として利用されない、請求項13記載の方法。
  17. （i）水蒸気が生成されない;
    （ii）水蒸気が、（a）における希釈剤として以外には生成および利用されない;または
    （iii）（b）分解ガスから熱を回収する工程が、供給流を予熱するためにのみ利用される水蒸気を生成することを含むが、（a）における希釈剤として以外には他の水蒸気が生成および利用されない、
    請求項13記載の方法。
  18. （b）分解ガスから熱を回収する工程が、
    該分解ガスと供給流との間の直接熱交換;
    1つもしくは複数の温度での1つもしくは複数の熱交換を介した該分解ガスと該供給流との間の間接熱交換であって、熱伝達流体が該分解ガスから該供給流に熱を移動させるためにのみ使用される、間接熱交換;
    電気を生成するための熱電装置と結合された分解ガス冷却器を介して熱を抽出すること;または
    それらの組合せ
    を含む、請求項13記載の方法。
  19. 電気ヒータを利用して、プロセス水ストリッパリボイラを加熱する;
    電気ボイラを利用して、再循環されたプロセス水を気化させ、（a）で希釈剤として利用される水蒸気を生成する;
    電気ヒータを利用して、水蒸気もしくは過熱水蒸気を生成する;または
    それらの組合せを行う、
    請求項13記載の方法。
  20. （a）で利用される希釈水蒸気が、電気的に生成および加熱される、請求項13記載の方法。
  21. （a）の温度を超えるまで希釈剤流を過熱して過熱希釈剤流を提供すること、および該過熱希釈剤流と供給流とを組み合わせることによって、（a）に必要なエネルギーの一部が得られる、請求項13記載の方法。
  22. （a）で利用される1つまたは複数の分解反応器に温度プロファイルを課すために電気加熱が使用される、請求項13記載の方法。
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