KR20220016907A - 에틸렌 플랜트 증기 발생 회로 및 통합된 에틸렌 및 발전소 시스템 내의 기계를 구동하는 방법 - Google Patents

에틸렌 플랜트 증기 발생 회로 및 통합된 에틸렌 및 발전소 시스템 내의 기계를 구동하는 방법 Download PDF

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Abstract

에틸렌 플랜트 증기 발생 회로에서 기계, 예를 들어 공정 압축기를 구동하는 방법으로서, 본 방법은,
- 크래킹로(cracking furnace)에서부터 고압 증기로서 열을 회수하는 단계;
- 상기 고압 증기를 적어도 하나의 증기 터빈에 제공하는 단계 - 증기 터빈은 공정 압축기와 같은 기계를 구동하도록 구성됨 -;
- 고압 증기의 적어도 일부를 응축기에서 응축하는 단계;
- 응축된 증기를 보일러 급수로서 크래킹로로 다시 펌핑하는 단계를 포함한다.

Description

에틸렌 플랜트 증기 발생 회로 및 통합된 에틸렌 및 발전소 시스템 내의 기계를 구동하는 방법
본 발명은 에틸렌 플랜트 증기 발생 회로뿐만 아니라 통합된 에틸렌 및 발전소 시스템에서 기계, 예를 들어 공정 압축기를 구동하는 방법에 관한 것이다.
예를 들어 미국 공보 제4,479,869호에 개시된 바와 같이, 종래의 에틸렌 플랜트 회로, 특히 증기 발생 회로는, 적어도 하나, 대체적으로 6개 이상의 종래의 크래킹로(cracking furnace) 시스템을 포함한다. 이러한 크래킹로 시스템은 대체적으로 대류 섹션을 포함하고, 여기서 탄화수소 공급원료가 예열 및/또는 부분적으로 증발되고 그리고 희석 증기와 혼합되어 공급원료-희석 증기 혼합물을 제공한다. 시스템은 또한 화실 내에 적어도 하나의 복사 코일을 포함하는 복사 섹션을 포함하며, 여기서 공급원료-희석 증기 혼합물은 열분해에 의해 고온에서 생성물 및 부산물 성분들로 변환된다. 시스템은 적어도 하나의 담금질 교환기(quench exchanger), 예를 들어 전달 라인 교환기를 포함하는 냉각 섹션을 추가로 포함하며, 이는 열분해측 반응을 중지하기 위해 복사 섹션을 떠나는 생성물 또는 크래킹된 가스를 신속하게 담금질시키고, 생성물을 위하여 반응의 평형을 보존하도록 구성된다. 전달 라인 교환기로부터의 열은 고압 증기의 형태로 회수될 수 있다. 보일러 급수로부터 크래킹로 내에서 발생하는 이러한 고압 증기는 전력을 발생하는 데 사용될 수 있다. 이에, 증기 발생 회로는 적어도 하나, 바람직하게는 복수의 증기 터빈뿐만 아니라, 상기 증기 터빈에 의해 구동되는 압축기 및 펌프와 같은 상이한 종류의 기계들을 포함한다. 이들 증기 터빈은 예를 들어, 크래킹된 가스 압축기 또는 프로필렌 또는 에틸렌 냉매 압축기와 같은 대형 기계를 위한 예를 들어 응축 증기 터빈, 또는 예를 들어 상대적으로 작은 기계와 같은 배압 터빈과 같은 다양한 유형일 수 있다. 증기 발생 회로는 하나 이상의 응축기로, 예를 들어 대체적으로 진공 상태하에서 작동되는 표면 응축기, 그리고 응축된 증기를 수집하고 이를 보일러 급수로서 크래킹로 시스템으로 다시 펌핑하도록 구성된 적어도 하나의 보일러 급수 펌프를 포함한다. 회로는 또한 응축기와 보일러 급수 펌프 사이에 응축물 펌프 및 공기분리기(deaerator)를 포함할 수 있고, 여기서 응축물은 보충수와 혼합되고 증기로 스트립핑되어 응축물과 보충수로부터 공기를 제거할 수 있다. 이어서 공기분리기 내에 수집된 보일러 급수는 크래킹로로 펌핑될 수 있다.
전술한 바와 같이, 종래 크래킹로 대신, 고효율 크래킹로가 개발되었고, 이는 화실 효율을 크게 향상시키고 용광로의 열 회수 방식(heat recovery scheme)을 수정하여 연료 소비 및 CO2 배출물을 감소시킬 수 있다. 예컨대 공기 예열을 이용하거나, 완전한 산소-연료 연소를 이용하거나 부분적인 산소-연료 연소를 이용한 공정과 같은 고효율 크래킹로에 대한 상이한 종류의 열 회수 공정들이 예를 들어 유럽특허 EP 제3 415 587호에 공개된다. 대류 섹션 대신에 1차 전달 라인 교환기 내에서 공급원료-희석 증기 혼합물을 가열하고 2차 전달 라인 교환기 내에서 고압 증기를 발생하는 것에 추가하여, 고효율 크래킹로의 수정된 열 회수 공정은 고압 증기 과열기 뱅크의 상류에서 대류 섹션 내에 위치된 보일러 코일에서 고압 증기를 발생하도록 구성된다. 보일러 코일은 크래킹된 가스 대신 연도 가스를 사용하여 고압 증기를 발생하고, 고온으로부터 과열기 뱅크를 보호하도록 구성된다. 그러나, 이러한 고효율 크래킹로는 고압 증기의 발생을 현저히 감소시키면서 여전히 공급원료-희석 증기 혼합물을 최적화된 복사 코일 입구 온도로 과열할 수 있으며, 이러한 가열 단계는 대류 섹션 내에서 보다 1차 전달 라인 교환기 내에서 수행된다. 고효율 크래킹로는 예를 들어 종래의 크래킹로에서 생산되는 증기의 약 1/3만 생성할 수 있으며, 그래서 이러한 양은 증기 터빈이 크래킹된 가스 압축기, 또는 프로필렌 또는 에틸렌 냉매 압축기와 같은 공정 압축기를 구동하기에 충분하지 않을 수 있다. 감소된 고압 증기 발생은 예를 들어 기계의 일부만을 구동할 수 있으므로, 그래서 하나 이상의 압축기가 전기 모터에 의해 구동될 필요가 있을 수 있으며, 이 경우 필요한 전력은 에틸렌 플랜트 근처에 위치될 수 있는 발전소에 의해 공급될 수 있다. 대안으로, 필요한 전력은 또한 풍력 터빈 및/또는 태양전지 패널과 같은 재생 에너지에 의해 공급될 수 있다. 그러나, 예를 들어 연간 1,500킬로톤 이상의 에틸렌을 생산하는 세계적 규모의 에틸렌 플랜트에 대해 고출력 가변 속도 구동 모터는 필요한 크기로 이용하지 못할 수 있다. 이러한 플랜트는 가장 큰 압축기에 대해 예를 들어 60MW를 초과하는 용량을 갖는 전기 드라이버를 필요로 할 수 있다. 이것은 시장에서 실제로 사용할 수 있는 것의 한계를 밀어낼 것이다. 동시에, 고효율 크래킹로는 또한 연료, 예를 들어 메탄과 수소를 절약할 수 있고, 이는 수출될 필요가 있는 연료의 양을 증가시킨다. 수소는 예를 들어 수소화에 사용될 수 있지만, 메탄은 대체적으로 연소되고, 이 공정은 여전히 CO2를 대기로 방출한다.
본 발명의 목표는 전술한 문제들 중 하나 이상을 해결하거나 제거하는 것이다. 특히, 본 발명은 생성된 전력의 탄소 배출량(carbon footprint), 즉 생성된 전력의 kw당 방출되는 CO2의 양을 감소시킬 수 있는, 에틸렌 플랜트 회로 내에서 기계를 구동하는 향상된 방법을 제공하는 것을 목표로 한다.
이러한 목표를 위해, 본 발명의 제1 양태에 따르면, 에틸렌 플랜트 증기 발생 회로에서 기계, 예를 들어 공정 압축기를 구동하는 방법이 제공되고, 이 방법은 청구항 제1항의 특징부를 특징으로 한다. 특히, 기계를 구동하는 방법은 크래킹로에서부터 고압 증기로서 열을 회수하는 단계, 상기 고압 증기를 적어도 하나의 증기 터빈에 제공하는 단계 - 증기 터빈은 공정 압축기와 같은 기계를 구동하도록 구성됨 -, 고압 증기의 적어도 일부를 응축기에서 응축하는 단계, 및 응축된 증기를 보일러 급수로서 크래킹로로 다시 펌핑하는 단계를 포함한다. 본 방법은 또한 발전소 회로의 폐열 회수 보일러로부터 고압 증기로서 열을 회수하는 단계, 및 본 발명의 방식으로, 고압 증기의 적어도 일부를 발전소 회로로부터 에틸렌 플랜트 증기 발생 회로로 제공하는 단계를 포함한다. 고압 증기를 발전소 회로로부터 에틸렌 플랜트 증기 발생 회로로 제공함으로써, 고효율 크래킹로의 사용으로 인하여 에틸렌 플랜트 증기 발생 회로 내의 고압 증기 생성의 감소가 보정될 수 있어, 적어도 하나의 증기 터빈이 부가의 전기 모터를 필요로 하지 않고 공정 압축기와 같은 기계를 구동할 수 있게 된다.
더욱이, 에틸렌 플랜트 증기 발생 회로의 크래킹로로부터의 과잉 연료는 보조 발화를 위한 발전소 회로의 폐열 회수 보일러에 제공된다. 전술한 바와 같이, 고효율 용광로에서, 화실에 제공되는 모든 연료가 사용되는 것은 아니다. 고효율 용광로의 수정된 열 회수 방식으로 인해 연료의 최대 30%가 절약될 수 있다. 이러한 과잉 연료는 고효율 크래킹로에서 배출되는 크래킹된 가스에 존재하며, 이어서 예를 들어 극저온 증류에 의해, 크래킹된 가스로부터 분리되어 연료가 회수될 수 있다. 이어서 이러한 회수된 과잉 연료는 폐열 회수 보일러의 온도를 상승시키기 위해 추가 발화를 위한 발전소 회로의 폐열 회수 보일러에 제공될 수 있다. 과잉 연료는 예를 들어 메탄을 포함할 수 있다. 메탄의 연소로 인해, CO2가 대기로 방출된다. 그러나 폐열 회수 보일러 내의 연소는 발전소 회로의 일부이기 때문에, 메탄의 양에 의해 생성되는 전력의 양이 연소의 열이 전력으로 변환되는 효율을 증가시킴으로써 상당하게 증가될 수 있고, 이는 생성된 전력의 탄소 배출량, 즉 생성된 전력의 kw당 방출되는 CO2의 양을 감소시킬 수 있다.
폐열 회수 보일러에는 바람직하게 발전소 회로의 적어도 하나의 가스 터빈으로부터의 배기가스가 제공될 수 있다. 발전소의 적어도 하나의 가스 터빈은 예를 들어 연소실 및 공기 압축기를 포함할 수 있다. 공기는 공기 압축기를 통해 연소실로 공급될 수 있으며, 이 연소실에 또한 연료 가스가 공급될 수 있다. 과잉 공기 함량을 포함하는, 연도 가스 또는 배기가스는 가스 터빈에서 비교적 높은 온도로 빠져나길 수 있으며 폐열 회수 보일러로 보내질 수 있다.
유리하게도, 에틸렌 플랜트 증기 발생 회로의 크래킹로로부터의 과잉 연료는 연소를 위해 발전소 회로의 가스 터빈에 제공될 수 있다. 위에서 설명한 바와 같이, 과잉 연료는 고효율 크래킹로에서 배출되는 크래킹된 가스에 존재할 수 있으며, 이어서 예를 들어 극저온 증류에 의해 크래킹된 가스로부터 분리되어 연료가 회수될 수 있다. 이어서 이러한 회수된 과잉 연료는 발전소 회로의 폐열 회수 보일러뿐만 아니라, 또는 대안으로, 연소를 위한 발전소 회로의 가스 터빈에 제공될 수 있으며, 그 결과 본 방법의 탄소 배출량의 추가의 감소를 초래한다.
발전소 회로의 일부인 적어도 하나의 가스 터빈은, 바람직하게 에틸렌 플랜트 증기 발생 회로의 공정 압축기와 같은 기계를 구동하도록 구성될 수 있다. 전술한 특징부들의 모두, 특히 고압 증기를 발전소 회로의 폐열 회수 보일러로부터 증기 발생 회로의 적어도 하나의 증기 터빈에 제공하는 것, 과잉 연료를 화실로부터 발전소 회로의 가스 터빈의 연소실에 및 발전소 회로의 폐열 회수 보일러에 제공하는 것, 및 발전소 회로의 가스 터빈에 의한 에틸렌 플랜트 증기 발생 회로의 공정 압축기의 구동은 모두, 에틸렌 플랜트 증기 발생 회로와 발전소 회로 간의 상호연결부들을 만들 수 있으며, 그리고 발전소 회로와 조합하여 에틸렌 플랜트 증기 발생 회로에서 기계, 예를 들어 공정 압축기를 구동하는 방법을 제공할 수 있고, 이는 종래 기술의 방법 및 회로에 대해 약 50 % 더 많은 전력을 발생하고 탄소 배출량을 약 1/3로 감소시킬 수 있다.
본 방법은 발전소 회로의 폐열 회수 보일러로부터의 고압 증기의 적어도 일부를 발전소 회로의 적어도 하나의 증기 터빈으로 제공하는 단계 - 증기 터빈은 전력 발생을 위해 발전기를 구동하도록 구성됨 -, 고압 증기의 적어도 일부를 발전소 회로의 응축기 내에서 응축하는 단계, 및 상기 응축된 증기를 보일러 급수로서 폐열 회수 보일러로 다시 펌핑하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
본 방법은 특히 고효율 크래킹로를 포함하는 에틸렌 플랜트 증기 발생 회로에 대해 맞추어질 수 있다. 화실 효율은 25 ℃의 낮은 가열 값에 기초하여, 흡열 반응인 열분해에 의해 탄화수소 공급원료의 크래킹된 가스로의 변환을 위해 적어도 하나의 복사 코일에 의해 흡수된 열과, 연소 영역 내의 연소 공정에 의해 방출된 열 사이의 비율로서 정의될 수 있다. 이 정의는 API 표준 560(일반 정유 서비스용 발화 히터)에 정의된 바와 같이 연료 효율 3.25에 대한 공식에 대응한다. 이 효율이 높을수록 연료 소비가 낮아지며, 또한 대류 섹션 내에서 공급 원료 예열에 사용할 수 있는 열도 더 낮아진다. 고효율 크래킹로에서, 화실은 화실 효율이 40% 초과, 바람직하게는 45 % 초과, 보다 바람직하게는 48 % 초과하도록 구성될 수 있다. 종래 크래킹로의 일반적인 화실 효율은 약 40 %이다. 우리가 이것을 초과하는 경우, 불충분한 열이 연도 가스에서 이용될 수 있기 때문에 공급원료가 더 이상 최적 온도까지 가열될 수 없고; 화실 효율을 약 40 %에서 대략 48 %로 증가시키는 것은 대류 세션에서 이용가능한 열의 비율을 대략 50 내지 55 %에서 대략 42 내지 47 %로 감소시킬 것이다. 고효율 크래킹로는 대류 섹션에서 이러한 감소된 열의 이용성에 대처할 수 있다. 화실 효율을 대략 40 %에서 대략 48 %로 대략 20 % 상승시킴으로써, 대략 20 %의 연료가 절약될 수 있다.
고효율 크래킹로에서 탄화수소 공급원료를 크래킹하기 위한 수정된 열 회수 방식의 예는 제1 공급원료 예열 단계 및 제2 공급원료 예열 단계를 포함할 수 있다. 제1 공급원료 예열 단계는 크래킹로의 고온 연도 가스에 의하여 탄화수소 공급원료를 예열하는 것을 포함하고, 제2 공급원료 예열 단계는 크래킹로의 복사 섹션 내로 공급원료의 진입 전에 전달 라인 교환기를 사용하여 크래킹로의 크래킹된 가스의 폐열에 의해 공급원료를 추가로 예열하는 것을 포함한다. 보일러 물은 크래킹로의 증기 드럼에서부터 크래킹로의 대류 섹션 내의 보일러 코일로 공급될 수 있다. 보일러 물은 고온 연도 가스에 의해 가열될 수 있고, 바람직하게는 증발될 수 있고, 물과 증기의 혼합물은 상기 증기 드럼으로 반환될 수 있다. 이러한 방식으로, 유출물의 열은 부분적으로 복사 섹션 내로 진입하기 전에 공급원료의 최적 온도에 도달하기 위해 공급원료의 예열로 전환되는 한편, 동시에 연도 가스의 열은 고압 증기를 생성하도록 전환된다. 더 많은 열은 포화된 고압 증기의 발생으로 전환되는 것보다 더 많은 열이 공급원료의 가열로 전환될 수 있으며, 이는 증가된 공급원료 가열을 위하여 고압 증기 생성을 감소시킬 수 있다. 고압 증기는 2차 전달 라인 교환기를 이용하여 크래킹로의 크래킹된 가스의 폐열에 의해 발생될 수 있다. 화실의 효율과 따라서 냉각 섹션에서 이용가능한 열에 의존하여, 고압 증기를 발생하도록 구성된 2차 전달 라인 교환기는 복사 섹션에서 크래킹된 가스를 더욱 냉각시키기 위해 주 전달 라인 교환기 다음에 직렬로 배치될 수 있다. 주 전달 라인 교환기는 복사 섹션 내로 진입하기 전에 공급원료를 가열하도록 구성되는 반면, 2차 전달 라인 교환기는 보일러 물을 부분적으로 증발하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 추가의 양태에 따르면, 청구항 제6항의 특징부들에 의해 특징으로 하는 통합된 에틸렌 및 발전소 시스템이 제공되고 있다. 이러한 시스템은 상술한 장점들 중 하나 이상을 제공할 수 있다.
본 발명은 예시적인 실시예의 특징부를 참조하여 추가로 해명될 것이다. 대응하는 요소는 대응하는 참조 부호로 지정된다.
도 1은 에틸렌 플랜트 증기 발생 회로 및 발전소 회로의 개략도를 도시한다.
도 2는 본 발명에 따른 통합된 에틸렌 및 발전소 시스템의 개략도를 도시한다.
도 1은 에틸렌 플랜트 증기 발생 회로 및 발전소 회로의 개략도를 도시한다. 에틸렌 플랜트 증기 발생 회로(1)는 탄화수소 공급원료를 크래킹된 가스로 변환하기 위한 크래킹로(3)를 포함한다. 증기 발생 회로(1)는 또한 상기 고압 증기(4)에 의해 구동되도록 구성된 적어도 하나의 증기 터빈(6), 및 적어도 하나의 증기 터빈(6)에 의해 구동되도록 구성된, 크래킹된 가스 압축기, 프로필렌 냉매 압축기, 에틸렌 냉매 압축기 또는 기타 압축기와 같은 적어도 하나의 공정 압축기(7)를 포함한다. 증기 발생 회로(1)는 고압 증기(4)의 적어도 일부를 응축하도록 구성된 적어도 하나의 응축기(8), 및 응축된 증기를 보일러 급수로서 크래킹로로 펌핑하도록 구성된 적어도 하나의 펌프(9)를 추가로 포함한다. 응축기(8)는 예를 들어 진공 하에서 작동하는 표면 응축기, 또는 중간 압력 응축기, 또는 당업자에게 알려진 임의의 다른 응축기일 수 있다. 종래의 크래킹로의 경우에, 증기 터빈(6)이 공정 압축기와 같은 기계를 구동하도록 충분한 고압 증기(4)가 생성될 수 있다. 그러나, 크래킹로(3)가 유럽 특허 EP 제3 415 587호에 개시되고 도시된 바와 같이, 수정된 열회수 방식을 가진 저공해 크래킹로인 경우, 저공해 크래킹로는 적어도 하나의 압축기(7)를 구동하도록 증기 터빈(6)에 필요한 만큼 충분한 양의 고압 증기(4)를 생성할 수 없다. 그래서 에틸렌 플랜트의 이러한 공정 압축기(7)들 중 하나 이상은 전기 모터(10)에 의해 구동될 필요가 있을 수 있다. 그래서 상기 전기 모터(10)를 구동할 수 있는 전력은 발전소(2)에 의해 제공될 수 있다. 종래의 발전소(2)는 공기 압축기(13)를 갖는 연소실(12)을 갖는 적어도 하나의 가스 터빈(11)을 포함할 수 있다. 공기(14)는 공기 압축기(13)를 통해 연소실(12)로 공급될 수 있으며, 이 연소실(12)에 또한 연료 가스(15)가 공급될 수 있다. 연료 가스(15)는 비교적 높은 과잉 공기 함량을 갖는 가압 연소실(12) 내에서 연소될 수 있다. 상기 연소에 의해 발생된 연도 가스는 터빈(11), 예를 들어 배압 터빈의 블레이드를 통해 대기압으로 내려갈 수 있다. 이러한 블레이드 상에 작용하는 힘은 발전기(16)를 구동하는 데 사용될 수 있고, 발전기(16)는, 예를 들어 에틸렌 플랜트에서 공정 압축기를 구동하도록 구성된 전기 모터(10)와 같은 전기 기계를 구동하기 위해 전력을 발생하도록 구성된다. 과잉 공기 함량을 포함하는, 연도 가스, 또는 배기가스(17)는 비교적 높은 온도를 가진 상태로 가스 터빈(11)에서 배출될 수 있으며, 폐열 회수 보일러(18)로 보내질 수 있다. 상기 보일러(18)는 추가의 버너를 포함할 수 있으며, 여기서 연료(19)는 연소되어 과잉 공기를 감소시키고 배기가스(17)의 온도를 상승시킬 수 있다. 폐열 회수 보일러(18) 내에 회수된 열은 고압 증기(20)를 발생하는 데 사용될 수 있고, 이 증기는 증기 터빈(21), 예를 들어 응축 증기 터빈을 구동하는 데 사용된다. 이어서 상기 증기 터빈(21)은 발전기(22)를 구동하여 전력을 발생할 수 있고, 가스 터빈(11)에 의해 구동되는 발전기(16)에 의해 발생된 전력과 병행할 수 있다. 증기 터빈(21)에 의해 구동되는 발전기(22)에 의해 발생된 전력은 전력망으로 보내지거나, 또한 에틸렌 플랜트 회로의 전기 모터(10)와 같은 전기 기계를 구동하는 데 사용될 수 있다. 증기는 응축기(23), 예를 들어 증기 터빈(21)의 표면 응축기 내의 진공 하에서 응축될 수 있다. 응축된 증기는 선택적으로 먼저 응축물 펌프를 이용하여 공기분리기로 공급될 수 있고(이 단계는 도시되지 않음), 이어서 보일러 급수 펌프(24)에 의해 발전소 회로를 폐쇄하기 위한 보일러 급수(25)로서 다시 폐열 회수 보일러(18)로 보내질 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 통합된 에틸렌 및 발전소 시스템의 개략도를 도시한다. 이러한 통합된 시스템은 공정 압축기(7)와 같은 적어도 하나의 기계를 구동하기 위한 보일러 급수(5)로부터의 고압 증기(4)를 발생하도록 구성된 에틸렌 플랜트 증기 발생 회로(1'), 및 전력을 발생하도록 구성된 발전소 회로(2')를 포함한다. 에틸렌 플랜트 증기 발생 회로는 탄화수소 공급원료를 크래킹된 가스로 변환하기 위한 크래킹로(3), 특히 고효율 크래킹로를 포함한다. 크래킹로(3)는 보일러 급수(5)로부터 고압 증기(4)를 발생하도록 구성된다. 에틸렌 플랜트 증기 발생 회로는 상기 고압 증기(4)에 의해 구동되도록 구성된 적어도 하나의 증기 터빈(6), 적어도 하나의 증기 터빈(6)에 의해 구동되도록 구성된 적어도 하나의 공정 압축기(7), 고압 증기(4)의 적어도 일부를 응축하도록 구성된 적어도 하나의 응축기(8), 예를 들어 중간 압력 응축기 또는 진공 하에서 작동하는 응축기, 및 응축된 증기를 보일러 급수(5)로서 크래킹로(3)에 펌핑하여 루프를 폐쇄하도록 구성된 적어도 하나의 펌프(9)를 추가로 포함한다. 발전소 회로(2')는 고압 증기(20)로서 열을 회수하도록 구성된 폐열 회수 보일러(18)를 포함한다. 본 발명의 방식으로, 시스템은 에틸렌 플랜트 증기 발생 회로(1')와 발전소 회로(2') 사이의 제1 연결부(27)를 추가로 포함하며, 제1 연결부(27)는 고압 증기의 적어도 일부를 폐열 회수 보일러(18)에서부터 에틸렌 플랜트 증기 발생 회로(1)의 적어도 하나의 증기 터빈(6)으로 유도하여 상기 적어도 하나의 증기 터빈(6)을 구동하도록 구성된다. 도 1의 발전소 회로(2)와 유사하게, 통합된 시스템의 발전소 회로(2')는 적어도 하나의 증기 터빈(21) 및 적어도 하나의 발전기(22)를 추가로 포함할 수 있다. 회로(2')는 고압 증기(20)의 적어도 일부를 폐열 회수 보일러(18)로부터 발전소 회로(2')의 적어도 하나의 증기 터빈(21)으로 제공하도록 구성될 수 있으며, 적어도 하나의 증기 터빈(21)은 전력을 발생시키기 위한 적어도 하나의 발전기(22)를 구동하도록 구성될 수 있다. 발전소 회로(2')는 고압 증기(20)의 적어도 일부를 응축하도록 구성된 응축기(23), 및 상기 응축된 증기를 보일러 급수(25)로서 다시 폐열 회수 보일러(18)로 펌핑하도록 구성된 펌프(24)를 추가로 포함할 수 있다. 발전소 회로(2')는 적어도 하나의 가스 터빈(11)을 추가로 포함할 수 있으며, 가스 터빈(11)은 폐열 회수 보일러(18)에 연결되어, 적어도 하나의 가스 터빈(11)으로부터의 배기가스(17)가 폐열 회수 보일러(18)에 의해 회수되게 된다. 본 발명의 방식으로, 배기가스(17)의 온도를 상승시키기 위해 회수 보일러(18) 내의 추가 발화를 위한 연료는 에틸렌 플랜트 증기 발생 회로(1')와 발전소 회로(2') 사이에 제2 연결부(도시되지 않음)를 통해 제공될 수 있으며, 제2 연결부는 과잉 연료(26)의 적어도 일부를 에틸렌 플랜트 증기 발생 회로(1')로부터 폐열 회수 보일러(18)의 적어도 하나의 버너로 유도한다. 특히, 에틸렌 플랜트 증기 발생 회로(1')의 고효율 크래킹로(3)에서 배출되는 크래킹된 가스는 여전히 연료 가스를 포함할 수 있고, 연료 가스는 예를 들어 극저온 증류에 의해 크래킹된 가스로부터 분리될 수 있다. 이어서 에틸렌 플랜트 회로로부터의 상기 과잉 연료(26)는 유익하게 폐열 회수 보일러(18)의 적어도 하나의 버너에 제공될 수 있다. 에틸렌 플랜트 증기 발생 회로(1')와 발전소 회로(2') 사이의 추가 연결부(도시되지 않음)는 과잉 연료(26)의 적어도 일부를 에틸렌 플랜트 증기 발생 회로(1')에서 적어도 하나의 가스 터빈(11), 특히 연소를 위한 가스 터빈(11)의 연소실(12)로 유도하도록 구성될 수 있다. 에틸렌 플랜트 증기 발생 회로(1')는, 증기 터빈(6) 또는 전기 모터(10)에 의해 구동될 수 있는 도 1의 적어도 하나의 공정 압축기(7)와 대조적으로, 발전소 회로(2')의 적어도 하나의 가스 터빈(11)에 의해 직접 구동되도록 구성되는 적어도 하나의 공정 압축기(7')를 추가로 포함할 수 있다.
본원으로 이어지는 프로젝트는 보조금 계약(grant agreement) n°723706 하에서 유럽 연합 호라이즌 H2020 프로그램(European Union Horizon H2020 Programme) (H2020-SPIRE-2016)로부터 자금을 받았다. 명확성 및 간결한 설명을 위해, 특징부들은 본원에 동일하거나 별도의 실시예의 일부로서 기재되지만, 본 발명의 범위가 설명된 특징부들의 모든 또는 일부의 조합들을 갖는 실시예를 포함할 수 있다는 점을 인식할 것이다. 도시된 실시예들은 그들이 상이한 것으로서 기술되는 실시예와는 별개로, 동일하거나 유사한 구성요소들을 갖는 것으로 이해될 수 있다.
청구범위에서, 괄호들 사이에 배치된 임의의 참조 부호들은 청구범위를 제한하는 것으로 해석되지 않아야 한다. 용어 '포함'은 청구범위에 나열된 특징부 외에 다른 특징부 또는 단계의 존재를 배제하지 않는다. 더욱이, 단수형 명사('a'와 'an')는 '하나만'을 제한하는 것으로 해석되는 것이 아니라, 대신에 '적어도 하나'를 의미하는 데 사용되며 복수를 배제하지 않는다. 소정의 조치들이 상호 상이한 청구항들 내에서 언급된다는 단순한 사실은 이러한 조치들의 조합이 유리하게 사용될 수 없음을 나타내지 않는다. 당업자에게는 많은 변형이 명백할 것이다. 모든 변형은 하기 청구범위에 정의된 본 발명의 범위 내에 포함되는 것으로 이해된다.
1., 1' 에틸렌 플랜트 증기 발생 회로
2., 2' 발전소 회로
3. 크래킹로
4. 고압 증기
5. 보일러 급수
6. 증기 터빈
7., 7' 공정 압축기
8. 응축기
9. 펌프
10. 전기 모터
11. 가스 터빈
12. 연소실
13. 압축기
14. 공기
15. 연료
16. 발전기
17. 배기가스
18. 폐열 회수 보일러
19. 연료
20. 고압 증기
21. 증기 터빈
22. 발전기
23. 응축기
24. 펌프
25. 보일러 급수
26. 과잉 연료
27. 제1 연결부

Claims (12)

  1. 에틸렌 플랜트 증기 발생 회로에서 기계들, 예를 들어 공정 압축기들을 구동하는 방법으로서, 상기 방법은,
    - 크래킹로(cracking furnace)에서부터 고압 증기로서 열을 회수하는 단계;
    - 상기 고압 증기를 적어도 하나의 증기 터빈에 제공하는 단계 - 상기 증기 터빈은 공정 압축기와 같은 기계를 구동하도록 구성됨 -;
    - 상기 고압 증기의 적어도 일부를 응축기에서 응축하는 단계;
    - 응축된 증기를 보일러 급수로서 상기 크래킹로로 다시 펌핑하는 단계를 포함하고;
    상기 방법은 또한:
    - 발전소 회로의 폐열 회수 보일러로부터 고압 증기로서 열을 회수하는 단계;
    - 상기 고압 증기의 적어도 일부를 상기 발전소 회로로부터 상기 에틸렌 플랜트 증기 발생 회로로 제공하는 단계를 포함하고;
    상기 에틸렌 플랜트 증기 발생 회로의 상기 크래킹로로부터의 과잉 연료는 보조 발화를 위해 상기 발전소 회로의 상기 폐열 회수 보일러로 제공되는 것인 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 폐열 회수 보일러에는 상기 발전소 회로의 적어도 하나의 가스 터빈으로부터 배기가스가 제공되는 것인 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 에틸렌 플랜트 증기 발생 회로의 상기 크래킹로로부터의 과잉 연료는 연소를 위해 상기 발전소 회로의 상기 가스 터빈으로 제공되는 것인 방법.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 가스 터빈은 상기 에틸렌 플랜트 증기 발생 회로의 공정 압축기와 같은 기계를 구동하도록 구성되는 것인 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 상기 발전소 회로의 상기 폐열 회수 보일러로부터의 상기 고압 증기의 적어도 일부를 상기 발전소 회로의 적어도 하나의 증기 터빈으로 제공하는 단계 - 상기 증기 터빈은 전력 발생을 위해 발전기를 구동하도록 구성됨 -:
    - 상기 발전소 회로의 응축기 내에서 상기 고압 증기의 적어도 일부를 응축하는 단계;
    - 상기 응축된 증기를 보일러 급수로서 상기 폐열 회수 보일러로 다시 펌핑하는 단계를 추가로 포함하는 것인 방법.
  6. 전력을 발생하도록 구성된 발전소 및 에틸렌 플랜트 증기 발생 회로를 포함하는 통합된 에틸렌 및 발전소 시스템으로서, 상기 에틸렌 플랜트 증기 발생 회로는:
    - 탄화수소 공급원료를 크래킹된 가스로 변환하기 위한 크래킹로 - 상기 크래킹로는 보일러 급수로부터 고압 증기를 발생하도록 구성됨 -;
    - 상기 고압 증기에 의해 구동되도록 구성되는 적어도 하나의 증기 터빈;
    - 상기 적어도 하나의 증기 터빈에 의해 구동되도록 구성되는 적어도 하나의 공정 압축기;
    - 상기 고압 증기의 적어도 일부를 응축하도록 구성되는 적어도 하나의 응축기:
    - 상기 응축된 증기를 보일러 급수로서 상기 크래킹로로 펌핑하도록 구성된 적어도 하나의 펌프를 포함하고;
    상기 발전소 회로는 고압 증기로서 열을 회수하도록 구성된 폐열 회수 보일러를 포함하고,
    상기 시스템은 상기 고압 증기의 적어도 일부를 상기 폐열 회수 보일러로부터 상기 에틸렌 플랜트 증기 발생 회로의 적어도 하나의 증기 터빈으로 유도하여 상기 적어도 하나의 증기 터빈을 구동하도록 구성된, 상기 에틸렌 플랜트 증기 발생 회로와 상기 발전소 회로 사이의 제1 연결부를 추가로 포함하고;
    상기 통합된 에틸렌 및 발전소 시스템은 과잉 연료의 적어도 일부를 상기 에틸렌 플랜트 증기 발생 회로로부터 상기 폐열 회수 보일러의 적어도 하나의 버너로 유도하도록 구성된, 상기 에틸렌 플랜트 증기 발생 회로와 상기 발전소 회로 사이의 제2 연결부를 추가로 포함하는 것인 통합된 에틸렌 및 발전소 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 발전소 회로는 적어도 하나의 가스 터빈을 추가로 포함하고, 상기 적어도 하나의 가스 터빈은 상기 폐열 회수 보일러에 연결되어, 상기 적어도 하나의 가스 터빈으로부터의 배기가스가 상기 폐열 회수 보일러에 의해 회수되게 하는 것인 통합된 에틸렌 및 발전소 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    과잉 연료의 적어도 일부를 상기 에틸렌 플랜트 증기 발생 회로로부터 연소를 위해 상기 적어도 하나의 가스 터빈으로 유도하도록 구성된, 상기 에틸렌 플랜트 증기 발생 회로와 상기 발전소 회로 사이의 추가 연결부를 추가로 포함하는 것인 통합된 에틸렌 및 발전소 시스템.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서,
    상기 에틸렌 플랜트 증기 발생 회로는 상기 발전소 회로의 상기 적어도 하나의 가스 터빈에 의해 직접 구동되도록 구성되는 적어도 하나의 공정 압축기를 포함하는 것인 통합된 에틸렌 및 발전소 시스템.
  10. 제6항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 발전소 회로는 적어도 하나의 증기 터빈 및 적어도 하나의 발전기를 추가로 포함하고, 상기 회로는 상기 고압 증기의 적어도 일부를 상기 폐열 회수 보일러로부터 상기 발전소 회로의 상기 적어도 하나의 증기 터빈으로 제공하도록 구성되고, 상기 적어도 하나의 증기 터빈은 전력 발생을 위해 상기 적어도 하나의 발전기를 구동하도록 구성되는 것인 통합된 에틸렌 및 발전소 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 발전소 회로는 상기 고압 증기의 적어도 일부를 응축하도록 구성된 응축기, 및 상기 응축된 증기를 보일러 급수로서 상기 폐열 회수 보일러로 펌핑하도록 구성된 펌프를 포함하는 것인 통합된 에틸렌 및 발전소 시스템.
  12. 제6항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 크래킹로는 복사 섹션, 대류 섹션 및 냉각 섹션을 포함하는 고효율 크래킹로이며, 상기 냉각 섹션은 상기 복사 섹션으로 진입하기 전에 공급원료를 예열하도록 구성된 적어도 하나의 전달 라인 교환기를 포함하고, 대류 섹션은 연도 가스로부터 포화 증기를 발생하도록 구성된 보일러 코일을 포함하며, 상기 보일러 코일은 바람직하게 상기 대류 섹션의 하단 부분에 위치되는 것인 통합된 에틸렌 및 발전소 시스템.
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