KR20230093513A - 올레핀을 생성하기 위한 전기로 - Google Patents
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Abstract
탄화수소 공급물(105)을 열분해하는 방법은 탄화수소 공급물(105)을 전기 히터(110)의 반응 섹션(112)의 적어도 하나의 코일(130)에 공급하는 단계, 전기 히터(110)에서 탄화수소 공급물(105)을 반응 온도로 가열하기 위하여 전기 에너지를 사용하는 단계, 및 전기 히터(110)로부터의 반응 출력물을 적어도 하나의 교환기(150)로 향하게 하여 반응 출력물을 냉각시키는 단계를 포함한다.
Description
본 발명은 올레핀을 생성하기 위한 전기로에 관한 것이다.
열분해에 사용되는 용광로는 일반적으로, 고온 연소 가스(연도 가스) 또는 기체 및 액체 연료를 사용하여 열을 생성하고 반응 의무(reaction duty)를 공급하는 연소식 히터(fired heater)이다. 열은 연소식 히터 내부에 배열된 코일을 통해 흐르는 유체의 온도를 높인다. 열분해 반응은 연소식 히터의 복사 섹션(radiant section)에서 발생한다. 이것은 고도의 흡열 반응이고 반응을 유지하기 위해 열이 추가된다. 전형적으로, 연소 의무(fired duty)의 30% 내지 50%가 히터의 복사 섹션에서 반응을 수행하기 위해 사용된다. 연도 가스의 나머지 의무는 히터의 대류 섹션(convection section)에서 회수되고 공급물의 예열 및/또는 스팀 생성에 사용될 수 있다.
한 측면으로, 본 개시의 구현예는 전기 히터(electric heater)의 반응 섹션을 규정하는 히터 챔버, 히터 챔버 주위에 배치된, 전기적으로 동력을 받는 복수의 전기 가열 요소, 반응 섹션을 통해 공급물 유입구로부터 연장되는 적어도 하나의 코일, 및 적어도 하나의 코일에 유동적으로 연결된 유입구 및 유출물 출구를 갖는 일차 교환기를 포함하는, 탄화수소 공급물을 크래킹하기 위한 반응기에 관한 것이다.
다른 측면으로, 본 개시의 구현예는 전기 히터의 반응 섹션에서 적어도 하나의 코일에 탄화수소 공급물을 공급하는 단계, 전기 히터에서 전기 에너지를 사용하여 탄화수소 공급물을 반응 온도까지 가열하는 단계, 및 전기 히터로부터의 반응 출력물을 적어도 하나의 교환기로 보내어 반응 출력물을 냉각시키는 단계를 포함하는, 탄화수소 공급물을 열분해하는 방법에 관한 것이다.
또 다른 측면으로, 본 개시의 구현예는 공급물을 열분해하기 위한 전기 히터 및 회수 섹션을 포함하는 열분해 설비를 설계하는 단계, 생성된 스팀의 양 및 열분해 설비에 의해 소비된 스팀의 양을 결정하는 단계, 공급물을 열분해하기 위하여 열분해 설비에 의해 사용된 전력의 양을 결정하는 단계, 및 열분해 설비에 의해 사용된 전력의 양을 감소시키기 위하여 열분해 설비의 적어도 하나의 매개변수를 조정하는 단계를 포함하는 방법에 관한 것이다.
첨부된 스케치에 도시된 다이어그램은 특정 원유 및 탄화수소 공급원료와 생성물 슬레이트에 대해 약간 수정될 수 있다. 다른 측면 및 이점은 다음 설명 및 첨부된 청구범위로부터 명백할 것이다.
도 1은 본 개시의 구현예에 따르는 전기 히터의 다이어그램이다.
도 2는 본원의 구현예에 따르는 탄화수소 혼합물을 크래킹하기 위한 시스템의 간단한 처리 흐름도이다.
도 3은 체류 시간의 함수로서 예상된 에틸렌 수율 및 코일 출구 온도(COT)의 그래프이다.
도 4는 연소식 히터에 의해 가열될 때 및 전기 히터에 의해 가열될 때 코일 금속의 금속 온도를 비교하는 그래프를 도시한다.
도 2는 본원의 구현예에 따르는 탄화수소 혼합물을 크래킹하기 위한 시스템의 간단한 처리 흐름도이다.
도 3은 체류 시간의 함수로서 예상된 에틸렌 수율 및 코일 출구 온도(COT)의 그래프이다.
도 4는 연소식 히터에 의해 가열될 때 및 전기 히터에 의해 가열될 때 코일 금속의 금속 온도를 비교하는 그래프를 도시한다.
본원에 개시된 구현예는 일반적으로 경질 올레핀, 예컨대 에틸렌, 프로필렌, 등을 생성하기 위하여 탄화수소 공급물을 반응 온도로 가열하기 위하여 전기 히터를 사용하여 탄화수소를 크래킹하는 것에 관한 것이다. 전기 히터는 또한 전기로로서 언급될 수 있다. 본원의 구현예에서 유용한 탄화수소 공급물은 전체 원유물을 포함하여, 경질 탄화수소(에탄, 프로판, 부탄) 및 나프타 범위 탄화수소(C5 내지 C12)로부터 중질 탄화수소 가스 및 그것의 혼합물까지의 범위일 수 있다.
탄화수소의 열분해는 일반적으로 경질 올레핀을 생성하기 위해 사용된다. 예를 들어, 올레핀이 크래킹될 때, 주로 에틸렌을 생성한다. 나프타가 크래킹될 때, 에틸렌, 프로필렌, 부텐, 부타다이엔, 및 벤젠이 가치있는 생성물로서 생성될 수 있다. 열분해 반응은 고도로 흡열반응이며, 반응을 지속시키기 위해 열이 공급된다. 뚜렷한 공급물 전환율을 얻기 위해서는, 반응기 온도는 700℃ 이상, 예컨대, 800℃ 이상일 수 있다.
일부 크래킹 과정에서, 촉매가 사용되어 작동 온도를 감소시킬 수 있지만, 열분해보다 적은 에틸렌 수율을 초래할 수 있다. 생성된 올레핀의 단위 중량당 열분해와 촉매적 크래킹에 대해 반응 열은 거의 동일하지만, 열분해에 대한 연소 의무는 매우 높다. 에틸렌 생산을 위해 공급물을 충분히(예컨대, 800℃ 이상의 고온으로) 가열하기 위하여, 현열(sensible heat)(상 변화가 없는 물질의 온도를 변화시키기 위해 필요한 에너지) 대 반응 의무의 더 높은 비율이 사용될 수 있다. 현열은 다른 과정 유체로 교환함으로써 만회될 수 있고, 그로써 에틸렌 히터는 공급물을 효율적으로 예열하고 추가 스팀을 생성하기 위해 설계될 수 있다. 본 개시에 따르는 전기 히터를 사용할 때, 높은 열에너지를 함유한 연도 가스가 없기 때문에, 전기 히터는 공급물을 예열하고 반응을 수행하기 위해 설계되거나 또는 공급물을 예열하는 다른 보다 효율적인 방법이 사용될 수 있다.
크래킹 반응은 소량의 코크스를 부산물로서 생성할 수 있는데, 그것은 반응기에 침착되고 축적될 수 있다. 코크스 침착을 최소화하고 올레핀 생산을 개선하기 위하여, 스팀이 탄화수소 공급물에 첨가되고 크래킹될 수 있다.
연소식 히터에서, 공급 혼합물(탄화수소 및 희석 스팀(DS))은 보통 연소식 히터의 대류 섹션에서 예열되고 반응이 일어나는 히터의 복사 섹션으로 진입된다. 이것은 고온 반응이기 때문에, 고온 연도 가스가 연소식 히터의 반응으로부터 생성된다. 전형적으로, 30 내지 50%의 연소 의무만이 연소식 히터로부터 반응 섹션으로 가고, 나머지 양의 연소 의무는 연도 가스로서 복사 섹션을 떠날 수 있다. 연도 가스의 에너지는 연도 가스로부터 열을 회수하기 위해 그 안에 적합하게 배열된 코일을 포함할 수 있는 연소식 히터의 대류 섹션에서 회수될 수 있다. 연소식 히터의 대류 섹션에서, 공급물 및 희석 스팀은 예열될 수 있고 또한 복사 섹션으로 진입하기 전에 원하는 온도로 과열될 수 있다. 잉여 공급 혼합물을 가열한 후에도, 열에너지는 연도 가스에 존재한다. 만약 이 에너지가 회수되지 않는다면, 에너지는 낭비되고 올레핀 생산 비용은 증가한다. 대조적으로, 본 개시의 구현예에 따르는 전기 히터를 사용할 때, 전기 히터에 의해 사용된 전기 에너지의 90 내지 98%가 히터의 반응 섹션에서 반응으로 갈 수 있다. 그러므로, 본원에 개시된 전기 히터는 반응에 충분한 에너지만을 생성할 수 있고, 과잉 열이 거의 내지 전혀 생성되지 않는다. 상당한 양의 과잉 열이 생성되지 않으면서, 본원에 개시된 전기 히터는 대류 섹션을 갖지 않을 수 있다.
반응기에서 형성된 올레핀을 보존하기 위해, 반응 출력물(또한 유출물로서도 언급됨)은 빠르게 퀀칭될 수 있다. 오래된 퀀칭 방법은 오일 또는 물을 반응기 출구에 주입하는 것을 사용하였다. 보다 최근의 퀀칭 방법은 간접적인 냉각을 사용하였다. 일부 방법에서, 유출물은 회수 섹션으로 유출물을 보내는 단계 전에 고압(또는 초고압) 스팀을 생성함으로써 냉각될 수 있다. 이 고압 스팀은 전통적으로 연소식 히터의 대류 섹션에서 과열되었다. 그러나, 대류 섹션을 갖지 않는 본 개시의 구현예에 따르는 전기 히터를 사용할 때, 스팀은 공정의 다른 부분에서(예컨대, 유출물이 냉각되는 회수 섹션에서, 예컨대 교환기에서, 또는 이차 전기 히터를 사용하여) 생성될 수 있다.
본 개시의 구현예에 따르면, 탄화수소 공급물을 크래킹하기 위한 반응기는 전기 히터 및 전기 히터로부터의 반응 출력물을 냉각 및/또는 전기 히터로 가는 공급물을 예열하기 위해 사용될 수 있는 적어도 하나의 교환기를 포함할 수 있다. 전기 히터는 히터의 반응 섹션을 규정하는 히터 챔버, 히터 챔버 주위에 배치된, 전기적으로 동력을 얻는 복수의 전기 가열 요소, 및 반응 섹션의 공급물 유입구로부터 반응 섹션의 출구로 연장된 복수의 코일을 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 일차 교환기가 전기 히터로부터의 반응 출력물을 초기에 냉각시키기 위해 사용될 수 있고, 일차 교환기는 복수의 코일에 유동적으로 연결된 유입구 및 유출물 출구를 가질 수 있다. 일부 구현예에서, 이차 교환기가 일차 교환기 유출물을 추가로 냉각시키기 위해 사용될 수 있고, 이차 교환기는 일차 교환기의 유출물 출구에 유동적으로 연결된 유입구를 가질 수 있다. 일부 구현예에서, 삼차 교환기가 이차 교환기 유출물을 추가로 냉각시키기 위해 사용될 수 있고, 삼차 교환기는 이차 교환기의 유출물 출구에 유동적으로 연결된 유입구를 가질 수 있다.
교환기는 가열된 스팀을 반응기의 하나 이상의 영역 및/또는 예열 섹션으로 향하게 할 수 있는 스팀 출구 및/또는 스팀 흐름선(들)을 추가로 포함할 수 있다. 예를 들어, 교환기로부터의 가열된 스팀은 전기 히터에 진입하기 전에 공급물을 예열하기 위하여 전기 히터의 공급물 유입구쪽으로 향해 갈 수 있다. 예열 섹션은 전기 히터의 반응 섹션과 별도로 제공되거나 또는 단일 장치로서 반응 섹션과 함께 제공될 수 있다. 예를 들어, 반응기의 예열 섹션은 반응 섹션으로부터 떨어져 전기 히터의 공급물 유입구의 하류에 있을 수 있다. 일부 구현예에서, 예열 섹션은 하나 이상의 교환기를 포함할 수 있다. 전기 히터에 대한 공급물 유입구는 다수의 공급물 소스에 유동적으로 연결될 수 있다.
본 개시의 구현예에 따르면, 전기 히터의 주요 반응 섹션은 전기 히터의 반응 섹션을 통해 연장되는 하나 이상의 코일의 상이한 배열을 가질 수 있다. 코일은 단일 전기 히터에서 상이한 가열 요소에 의해 가열될 수 있거나, 또는 반응 섹션의 코일은 전기 히터에서 단일 가열 요소로 가열될 수 있다. 예열 및 반응열은 모두 단일 전기 히터에 의해 공급될 수 있다.
도 1은 본 개시의 구현예에 따르는 전기 히터(110)를 사용하는 반응기(100)의 예를 도시한다. 전기 히터(110)는 반응기의 주요 반응 섹션을 제공하며, 탄화수소 공급물(105)은 탄화수소 공급물을 크래킹하기 위하여 반응 온도로 가열될 수 있다. 탄화수소 공급물(105)은 이차 교환기(160)를 통해 가열되고 전기 히터(110)의 반응 섹션(112)을 통해 연장되는 하나 이상의 코일(130)로 흐름선(120)을 통해 흘러갈 수 있다. 반응기(100)는 대류 섹션(연소식 히터에서 찾아볼 수 있음)을 포함하지 않을 수 있지만, 대신 전기 히터(110)에 배치된 코일(130)에 유동적으로 연결된 흐름선(120)(하나 이상의 공급물을 전기 히터에 공급하기 위함) 및 전기 히터(110)에서 코일(130) 주위에 배치된 하나 이상의 전기 가열 요소(140)를 포함할 수 있다. 반응기(100)는 공급물 교환기(예컨대, 일차 교환기(150) 및 이차 교환기(160)) 및 반응기(100)의 반응 섹션(112)에서 다양한 코일을 공급하는 공급물 교환기로부터의 (예컨대, 헤더를 통한) 공통 흐름선을 추가로 포함할 수 있다.
본 개시의 구현예에 따르는 전기 히터(110)를 사용하는 반응기는 코일(들)(130)을 통해 흐르는 공급물을 크래킹하기 위해 코일 개념을 활용할 수 있다. 도시된 구현예에서, 4개의 복사 코일(131, 132, 133, 134)(집합적으로 (130)으로서 언급됨)은 전기 히터(110)의 반응 섹션(112)을 통해 연장되도록 전기 히터(110)에 배열될 수 있다. 그러나, 4개보다 많거나 또는 4개 미만의 코일이 전기 히터(110)의 반응 섹션을 통해 연장되도록 배열될 수 있다. 전기 히터(110)의 반응 섹션(112)은 전기 히터(110)의 반응 챔버를 형성하는 벽 주위에 위치한 하나 이상의 전기 가열 요소(140)를 가질 수 있고, 가열 요소(140)는 반응 섹션(112)을 가열하기 위해 지시될 수 있다. 공급물이 코일(130)을 통해 흐를 때, 코일(130) 주위의 전기 가열 요소(140)는 코일(130)을 통해 흘러가는 공급물을 크래킹 반응 온도로 가열하기 위해 사용될 수 있다.
본 개시의 구현예에 따르면, 각각의 코일(130)은 존재한다면, 코일을 통해 흘러가는 공급물의 양 및 코일 온도를 포함하여, 독립적으로 제어될 수 있다. 예를 들어, 복사 코일(130)이 상이한 공급물 매니폴드에 연결된다면, 그 코일(130)은 각각의 공급물이 코일(들)(130)을 통해 흐름에 따라 유동적으로 연결된 공급물을 크래킹할 수 있다. 다수의 공급물을 수용할 수 있는 반응기(100)의 반응 섹션을 제공함으로써, 크래킹 과정을 위한 장비는 압축될 수 있고(예컨대, 다수의 공급물을 위해 다수의 히터를 사용하기보다는, 다수의 공급물은 단일 전기 히터(110)로 향할 수 있음), 그것으로 전체 설비 설계에서 플롯 공간을 절약할 수 있다.
코일(130)에 대한 공급물의 양은 제어 밸브(122)를 통해 제어될 수 있다. 둘 이상의 상이한 공급물이 코일(130)에 유동적으로 연결되는 구현예에서, 공급물 소스로부터 코일(130)까지 흐름선(120)을 따라 위치한 제어 밸브(122)는 일정량의 공급물이 코일(130)을 통해 흐르는 것을 허용하도록 제어될 수 있다. 추가로, 흐름 벤투리(124)는 코일(130)에 흘러가는 공급물의 유량 제어를 제공하기 위해 각각의 코일과 연관될 수 있다. 코일(들)(130)을 통해 흐를 때, 공급물은 전기 히터(110)에서 전기 가열 요소(140)로부터 전기적으로 제공된 열을 사용하여 공급물을 크래킹하기 위한 반응 온도로 가열될 수 있다. 예를 들어, 본 개시의 구현예에 따르는 전기 히터(110)에 제공된 것과 동일한 코일(예컨대, 131, 132, 133, 또는 134)이 1회 실행에서 에탄을 크래킹하기 위해, 또 다른 실행에서 나프타를 크래킹하기 위해 사용될 수 있고, 또 다른 경우에, 코일은 디코크(decoke) 모드일 수 있다. 그러므로, 코일 개념을 사용함으로써, 공급물이 공급물 크래킹을 위해 반응기(100)의 반응 섹션(112) 내부에 위치한 코일을 통해 흘러가는 경우, 각각의 코일의 특정 처리 조건은 코일을 통해 흐르는 공급물을 크래킹하기 위해 제어될 수 있다.
하나 이상의 추가 흐름선(121) 및 밸브(123)(예컨대, 분리 밸브 또는 게이트 밸브)는 흐름선(120)에 유동적으로 연결되어 복사 코일의 디코킹(주기적으로 복사 튜브의 내부 표면에 축적된 코크스를 제거함)을 위해 스팀 또는 스팀과 공기 혼합물을 코일(130)을 통해 가도록 지시하는데 사용될 수 있다. 디코킹 목적에 대해, 전기 히터의 구성요소는 종래의 연소식 히터에서의 비슷한 구성요소와 유사하게 배열될 수 있고, 단 화염 가열을 사용하는 대신, 전기 히터는 하나 이상의 전기 가열 요소를 사용할 수 있다. 연소식 히터에서 비슷한 구성요소와 유사한 방식으로 전기 히터에서 코일과 같은 구성요소를 배열함으로써, 디코킹 유출물로부터 크래커 유출물을 분리하기 위해 이송 라인 밸브가 설치될 수 있다. 추가로, 보다 간단한 디코킹 과정을 위해 고온 분리 밸브가 사용될 수 있다(예컨대, 분리 밸브가 디코킹을 위해 하나 이상의 코일을 분리하기 위해 사용될 수 있는 경우). 고온 분리 밸브가 사용되지 않을 때, 코일과 교환기(들)가 스팀에 의해서만 코크스가 제거될 수 있는 정도로 유출물은 충분히 냉각될 수 있다. 스팀 또는 공기가 디코킹을 위해 사용될 때에, 고온 분리 밸브는 유출물을 디코킹 드럼으로 우회시키기 위해 사용될 수 있다. 디코킹 유출물은 또한 크래커 유출물과 함께 반응기의 회수 섹션으로 향해 갈 수 있다.
전기 히터(100)는 코일(들)(130) 주위에 분포된 하나 이상의 가열 요소(140)를 포함할 수 있어서, 전기적 가열이 반응 섹션(112)에서 코일(130) 주위로 고르게 분포될 수 있다. 전기 히터(110)와 대조적으로, 연소식 히터의 버너는 작은 부피로(화염 모양) 강렬한 열을 방출한다. 그러므로, 연소식 히터에서, 주어진 길이의 히터에서 버너를 직면하는 코일 표면은 매우 높은 온도에 도달할 수 있는 한편 버너에 수직인 코일 표면은 상대적으로 매우 낮은 온도에 도달할 수 있다. 연소식 히터에서 화염으로부터 열의 방향성 복사에 의해 형성된 온도 구배는 때로 그림자 효과로 언급될 수 있다. 그림자 효과로 인해, 연소식 히터에서 피크 온도는 평균 온도와 상이할 수 있다. 그러한 방식으로, 연소식 히터 튜브 설계는 피크 온도에 의해 결정될 수 있다. 예를 들어, 연소식 히터를 형성하기 위해 사용된 내화 벽돌은 히터에서 더 높은 피크 온도를 견디도록 설계된다. 추가적으로, 화염으로부터의 열이 전도에 의해 전달되기 때문에, 전도성은 열을 더 빠르게 전달하기 위해 높게 설계된다.
본 개시의 전기 히터에서, 전기적 가열은 일정한 열 유속으로 제어될 수 있고 코일의 모든 측면으로(예컨대, 코일의 전체 둘레 주위로) 향할 수 있다. 추가적으로, 연소식 히터의 경우 코일의 모든 섹션에 대해 열 입력을 제어하는 것이 어려운 한편(예컨대, 코일의 하단 20% 또는 코일의 상단 20%), 본 개시의 구현예에 따르는 전기적 가열은 전체 튜브가 균일하게 가열될 수 있도록 가열 요소가 코일의 다수의 상이한 섹션을 가열하게 하기 위해 히터를 분할하는 것을 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 제어 시스템은 특정 크래킹 과정에 대해 코일의 특별한 가열 프로파일을 제공하기 위하여 개별 코일 및/또는 개별 코일의 개별 세그먼트의 온도를 제어하기 위해 사용될 수 있다. 본 개시의 구현예에 따르는 전기 히터를 사용함으로써, 보다 제어되고 균일해진 가열 프로파일이 히터의 코일에 제공될 수 있고, 그것은 열 전달 성능을 상당히 개선시킬 수 있고, 피크 튜브 온도를 감소시키며, 올레핀에 대한 선택성을 개선시킬 수 있다.
도 4는 (버너로부터) 연소식 히터에 의해 가열될 때 및 전기 히터로부터 일정한 열 유속에 의해 가열될 때 코일 금속 온도에 대한 가열 성능을 비교한 그래프를 도시한다. 도 4에서 나타낸 것과 같이, 전기적 가열을 사용할 때, 방사형 온도 구배가 최소화될 수 있고(피크 온도 대 평균 온도 차이가 없기 때문임), 그로써 원하는 금속 온도에 도달하기 위해 더 낮은 가열 온도가 사용될 수 있다.
추가로, 단일 코일 또는 코일 그룹에 대한 열의 양은 열이 개별 가열 요소(140)에 의해 공급될 수 있기 때문에 전기 히터(110)에서 개별적으로 제어될 수 있다. 종래의 연소식 히터에서, 전체 화실(firebox)이 버너로부터 가열된다. 단일 코일에 향해 있는 하나 이상의 버너를 조정하는 것은 각각의 코일이 별도의 셀에 수용되지 않는 한 인접한 코일 열 분포에 영향을 미친다. 전기적 가열로는, 가열 및 절연이 다른 코일에 영향을 미치지 않으면서 격리될 수 있다. 그러므로, 전기 히터에 많은 코일이 있을 때, 각각의 코일은 독립적으로 제어될 수 있다. 추가로, 코일의 상이한 섹션을 따라 열 입력이 제어될 수 있다. 예를 들어, 코일의 유입구 섹션에서 높은 열 유속 및 코일의 끝 쪽을 향한 낮은 열 유속은 하나 이상의 전기 가열 요소의 히터 매개변수를 조정함으로써 이루어질 수 있다. 코일을 따라 열 프로파일을 다르게 함으로써, 코일에서의 반응은 제어되고/거나 코킹 속도가 제어될 수 있다. 로의 설계에 따라, 온도 및/또는 유속 분포가 부과될 수 있다. 크래킹 과정에서 독립적으로 제어된 코일의 성능을 토대로, 개별 코일의 온도 제어는 코일의 성능을 개선하기 위해 최적화될 수 있다.
전기 히터를 사용함으로써, 열 부하는 0에서 100%로 달라질 수 있고 따라서 열(또는 코일 출구 온도(COT))의 침체 또는 엄격성의 조정이 문제가 되지 않을 수 있다. 연소식 히터를 사용하면, 화염을 소화할 가능성으로 인해 매우 낮은 침체가 불가능하다. 더불어, 연소식 히터에서의 낮은 부하로, 일산화탄소, 산화질소, 및 이산화질소는 증가할 것이다.
연소식 히터와 비교하여, 매우 높은 유체 온도가 전기 히터에서 얻어질 수 있다. 그러나, 코일 야금(coil metallurge)이 여전히 설계를 제한할 수 있다. 그러므로, 세라믹 튜브 코일이 더 높은 온도를 얻기 위해 전기 히터와 함께 사용될 수 있다. 추가로, 1회 통과 코일이 사용되거나, 또는 한 줄에 또는 다수의 줄에 배열된 다중 통과 코일을 포함한 다른 유형의 코일이 사용될 수 있다. 각 코일에 대한 엄격성이 독립적으로 제어될 수 있기 때문에, 상이한 코일을 통한 상이한 공급물의 분할 크래킹이 간단하게 이루어질 수 있다. 추가적으로, 상이한 공급물의 공동 크래킹은 상이한 공급물 스트림을 혼합하고 조합된 공급물을 복사 코일에 공급함으로써 실행될 수 있다.
코일(130)에서 공급물이 반응 온도로 가열된 후, 반응 출력물은 반응 섹션(112)로부터 일차 교환기, 예컨대 이송 라인 교환기(TLE)(150)로 향하여 출구 온도로 빠르게 냉각될 수 있다. 반응 출력물이 일차 TLE(150)에서 냉각될 때, 고압, 고온 스팀이 생성될 수 있다. 일부 구현예에서, 고압, 고온 스팀은 반응기(100)의 예열 섹션으로 향하여 반응 섹션(112)으로 진입하기 전의 공급물을 예열할 수 있다. 일부 구현예에서, 고온 스팀은 공급물과 혼합되어 반응 섹션(112)으로 향하여서 크래킹을 위해 공급물 가열을 도울 수 있다.
일차 TLE(150)로부터의 유출물은 이차 교환기, 예컨대, TLE(160)로 향할 수 있다. 이차 TLE(160)에서, 유출물은 추가로 냉각되고 스팀이 생성될 수 있다. 이차 TLE(160)로부터 생성된 스팀은 반응기의 예열 섹션으로 향하고 공급물(105)을 예열하는데 사용될 수 있다. 일부 구현예에서, 이차 TLE(160)로부터 생성된 스팀은 반응 섹션(112)으로 향하여 반응 섹션(112)을 가열하는 것을 도울 수 있다. 일부 구현예에서, 추가의 교환기(예컨대, 삼차 TLE 또는 그 이상)가 제1 및 제2 교환기(예컨대, 일차 TLE(150) 및 이차 TLE(160)) 외에 사용될 수 있다.
일부 구현예에서, 별도의 전기 가열 요소(들)가 일차 TLE(150) 및/또는 이차 TLE(160)와 함께 TLE(들)에 의해 생성된 스팀을 과열하기 위해 사용될 수 있다. TLE(들)에서 스팀을 적게 생성함으로써, 유출물의 추가 열이 반응 혼합물을 예열하기 위해 지시될 수 있다. 그러므로, 반응 시스템(112)에 대한 최대 열 입력은 크래킹 열로 갈 수 있고(예컨대, 열의 90% 이상) 단지 소량만이 스팀을 가열한다(미량의 열이 반응 섹션(112)의 벽을 통해 소실될 수 있다). 대조적으로, 연소식 히터에서 발화된 열의 10 내지 40%가 스팀 및 보일러 공급수를 가열하기 위해 갈 수 있다.
반응기(100)의 예열 섹션은 단일 반응기 장치의 주요 반응 섹션과 일체로 형성되거나, 또는 반응기의 예열 섹션은 주요 반응 섹션과 별도로 제공될 수 있다. 본 개시의 구현예에 따르면, 공급물의 모든 예열은 전기로 실시될 수 있다. 일부 구현예에서, 희석 스팀 헤더가 있는 일반적인 예열되고 혼합된 공급물이 사용될 수 있다. 예열 섹션은 하나 이상의 교환기를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 상이한 공급물 유형이 별도의 개별 교환기에서 예열될 수 있다. 예를 들어, 만약 반응기(100)가 에탄, 나프타 및 가스 오일을 크래킹하기 위한 것이라면, 예열 섹션에서 별도의 교환기가 각각의 공급물을 예열하기 위해 사용될 수 있다.
일반적인 공급물 교환기(예컨대, TLE(150))는 반응기(100)(예컨대, 반응 섹션에서 상이한 코일을 통해 상이한 공급물을 수용할 수 있음)와 함께 사용될 수 있기 때문에, 교차 온도(또는 반응 섹션에 대한 유입구 온도)는 잘 제어될 수 있고 실행 시작(SOR)부터 실행 끝(EOR)까지 거의 일정할 수 있다. 이것은 연소식 히터와 다르다. 연소식 히터의 복사 코일에서 코킹을 사용하면, 교차 온도는 시간이 지남에 따라 증가하고 이것은 공정 성능에 영향을 미친다. 그러므로, SOR에서 일반적으로 낮은 교차 온도가 사용되어 EOR에서 야금학적 한계를 초과하지 않는다. 항상 일정한 온도가 이루어질 수 있도록 공급물을 예열하기 위해 공급물/유출물 교환기 및/또는 보조 전기 히터가 종래의 연소식 히터에서 사용된다. 전기 히터를 사용하면, 시작할 때부터 높은 교차 온도가 사용되어 반응 섹션에 대한 전기 에너지를 감소시키고 히터의 비용을 감소시킬 수 있다(주어진 에틸렌 용량에 대해 더 적은 수의 복사 코일).
공급물/유출물 교환기만이 사용되고 공급물에 대한 추가 예열기가 설치되지 않았을 때, 추가 열은 또한 일차(반응기) 전기 히터(110)에 의해 공급될 수 있다. 히터(110)는 예열 작동을 위한 열을 공급하기 위해 설계되고 구성될 수 있다.
도 1에서 도시된 것과 같이, 본 개시의 구현예에 따르는 반응기에 대한 상이한 가능한 매개변수의 예가 단지 본원에 개시된 구현예의 더 나은 이해를 제공하기 위해서 아래에서 제공된다. 그러나, 본 개시의 범주 내에 있는 다른 매개변수가 사용될 수 있다.
반응기(100)의 제1 예는 다음을 포함할 수 있다:
유입구 튜브에 대해 약 1 내지 3 인치 범위의 내부 직경(ID)을 가지는 복사 코일, 내부 직경 범위는 다중 통과 코일의 출구 튜브에 대해 약 2 내지 4 인치이며, 길이는 20 내지 50 피트이고, 100 내지 200개의 튜브를 가지고 있는 복사 코일; 및 약 2 내지 8 인치 범위의 ID 및 약 20 내지 30 피트 범위의 길이를 가지며, 40 내지 50개 튜브를 가지는 선형 TLE. 다중 통과 코일의 경우, 유입구 튜브 직경 및 출구 튜브 직경은 최대 8 인치 이상일 수 있고 총 길이는 최대 500 피트 이상일 수 있다.
제1 예시의 반응기(100)는 다음 작동 조건을 가질 수 있다:
나프타 공급물: S.G = 0.703, P/N/A; COP(코일 출구 압력): 30 psia; S/O = 0.5; 공급 속도 = 작동 8000시간에서 95026 lb/h; C2H4 = 29.0 중량%; C3H6 = 13.5 중량%; COT(코일 출구 온도) = 1596℉(869℃); 및 TLE 출구 = 1100℉(593℃).
4개의 복사 코일 튜브가 선형 LTE와 조합되고 퀀칭될 수 있다(예컨대, 도 1에 도시된 바와 같음). 반응 수율을 보존하기 위하여, 반응 출력물은 빠르게 퀀칭될 수 있고 스팀 생성이 사용될 수 있다. 포화된 초고압(SHP) 스팀이 생성될 수 있다. TLE를 관례적으로 낮은 TLE 출구 온도를 갖도록 설계함으로써, 공급물을 예열하기 위한 의무의 양은 감소될 수 있다. 그러므로, 매우 낮은 TLE 출구 온도 대신, 더 높은 출구 온도(예컨대, 1000-1200℉)가 바람직할 수 있다. 더 높은 출구 온도에서도, 반응은 여전히 본질적으로 퀀칭될 수 있다. 유출물 중의 이용 가능한 열은 여전히 높을 수 있지만, 또한 상대적으로 높을 수 있는(1000-1200℉) 공급물을 교차 조건으로 가열하기에는 충분하지 않을 수 있다. 공정 최적화를 위해, TLE 유출물은 히터 유출물이 더 높은 온도(예컨대, 1200℉ 이상)로 냉각되지 않는 한(수율에 영향을 미칠 수 있음) 또는 교차 온도가 더 낮은 온도로 설정된다면(복사 코일 의무를 증가시킬 수 있음) 이 서비스에 대해 사용되지 않을 수 있다. 일부 구현예에서, 추가의 전기 히터(들)가 공정 최적화 없이 교차 온도로 공급물을 예열하기 위해 사용될 수 있다.
반응기의 배열은 반응열을 공급하는 복사 전기 히터 및 이어서 SHP 포화 스팀을 생성하는 TLE를 포함할 수 있다. 유출물에 남겨진 에너지는 쉘 및 튜브 교환기에서 공급물(예컨대, 나프타 공급물) 및/또는 희석 스팀 및/또는 혼합 공급물(예컨대, 나프타 + 희석 스팀)을 예열하기 위해 사용될 수 있다. 온도 접근법을 유지하기 위해, 추가의 전기 히터가 사용되어 공급물을 교차 온도로 예열할 수 있다. 나프타 또는 탄화수소 공급물 헤더 대신, 다른 탄화수소(HC) + 희석 스팀(DS) 혼합 스트림 헤더(고온)가 사용될 수 있다. 코일 그룹(또는 전기 히터)으로의 유량을 제어하기 위해 고온 밸브가 사용될 수 있다. 개별 튜브로의 흐름은 흐름 벤투리(예컨대, 도 1에 도시된 (124))를 통해 분포될 수 있다. 교환기가 상이한 공급물에 대해 사용될 수 있다. 예를 들어, 나프타에 대한 하나의 교환기 및 가스 공급물에 대한 하나의 교환기가 전체 설비에 충분할 수 있다.
교환기(예컨대, 이차 TLE(160))로부터의 유출물은 가솔린 분별기(170)로 진입하기 전에 퀀칭 오일로 추가로 약 200℃로 퀀칭될 수 있다.
작동 옵션-1
높은 TLE 출구 온도(~1100℉)를 가진 낮은 교차 온도(~1000℉). 이차 TLE(160)가 공급 혼합물(HC+DS)을 가열하기 위해 사용될 때, 적어도 100℉ 차이가 있고 쉘과 튜브 교환기 설계가 가능하다. 이차 TLE(160)에서 튜브 측과 쉘 측에 거의 동등한 흐름이 있을 수 있고, 따라서 유출물 측의 온도 강하는 쉘 측에서 얻어진 온도와 거의 동등할 수 있다. 유출물은 350℃(662℉)로 냉각될 수 있다. 그에 따라, 나프타 + DS 공급 혼합물은 외부 수단에 의해서만 300℃(572℉)로 가열될 수 있다. 각각의 전기 히터(110)에 대해 일반적인 공급물 예열기가 또 다른 전기 예열기 대신 사용될 수 있다. 일차 TLE(150) 출구 온도를 최적화함으로써, 별도의 전기 예열기가 제거될 수 있다. 다른 수단에 의해 과열된 희석이 또한 나프타 + DS 혼합물을 예열하기 위해 사용될 수 있다. 나프타 공급물로의 주요 열 부하는 나프타 기화 의무이다. 나프타를 기화하기 위하여 퀀칭 오일 또는 저압 또는 중간 압력 스팀과 같은 다른 소스가 사용될 때 또 다른 전기 히터를 피할 수 있다.
작동 옵션-2
반응기(100)는 높은 교차 온도 및 낮은 TLE 출구 온도로 작동할 수 있고, 복사 의무는 다른 작동 옵션과 비교하여 가장 낮을 수 있다. 낮은 TLE 출구 온도는 한 단계로(예컨대, 일차 TLE(150)를 사용함) 또는 두 단계로(예컨대, 일차 및 이차 TLE(150, 160)를 사용함) 이루어질 수 있다. 두 가지 단계 모두에서 SHP 스팀이 생성될 수 있다. 일부 구현예에서, 일차 TLE(150)만이 스팀 생성에 사용될 수 있다(신속한 퀀칭을 위해). 일부 구현예에서, 이차 TLE(160)가 HC + DS 혼합물(연소식 히터 대류 섹션에서 더 낮은 혼합 예열(LMP) 코일과 유사하게 작용할 수 있고, 연도 가스 대신 유출물로 가열됨)을 예열하기 위해 사용될 수 있다.
작동 옵션-3
작동 옵션 1과 2의 조합이 다른 부가 사항과 함께 사용될 수 있다. 예를 들어, 희석 스팀은 상이한 전기 히터에서 과열될 수 있고 과열된 희석 스팀은 탄화수소(및 부분 스팀)을 교차 온도로 예열하기 위해 사용될 수 있다.
분해 반응을 단일 전기 히터에서 수행하는 것이 가능하지만, 상이한 공급물에 대해 열 균형이 작동하지 않을 수 있다. 크래킹 과정에 대해 단일 전기 히터를 사용할 때, 그 전기 히터의 일부는 공급물을 예열하기 위한 전용일 수 있다. 흐름 제어는 고온 스트림을 토대로, 예컨대 밸브(122) 및 흐름 벤투리(124)를 사용하여 이루어질 수 있다. 그러므로, 온도는 개선된 신뢰성 및 비용 유효성에 대해 선택될 수 있다. 예열은 느린 과정일 수 있고 가열되기 위해 더 많은 흐름선 표면적을 사용할 수 있다. 예열을 위해 별도의 전기 히터를 사용하는 대신, 쉘 및 튜브 교환기가 예열에 사용하기 위해 유출물 중의 에너지 회수에 사용될 수 있다. 예를 들어, 공급물은 전기 히터에 약 140℉에서 진입할 수 있고 유출물은 반응 섹션을 약 650℉(오일 퀀칭 전)에서 벗어날 수 있다. 그러한 온도로, 일반적인 공급물 예열기와 함께 하나 이상의 전기 히터가 사용될 수 있다(다른 소스로부터의 에너지가 포함되지 않는 경우).
| C2H4 용량, KTA(8000시간) | 100000 |
| HC 흐름, lb/h/히터 | 95026 |
| 에틸렌 수율, 중량% | 29.0 |
| 프로필렌 수율, 중량% | 13.5 |
| 140 엔탈피에서 HC(Nap) 유입구, BTU/h | 55.6 |
| 392F 엔탈피에서 희석 스팀, BTU/h | 1221.3 |
| 교차 온도(TXO), F | 1000.0 |
| 코일 출구 온도(COT), F | 1608.0 |
| S/O, 중량/중량 | 0.5 |
| 대류 의무, MMBTU/h | 79.73 |
| 복사 의무 | 131.15 |
| 총 HC 의무 | 210.88 |
| 반응 의무, MMBTU/h | 63.73 |
| TLE 출구 온도, F | 1100.0 |
| SHP 스팀 의무, MMBTU/h | 53.5 |
| 이송 라인 전 TLE 유출물 온도, F | 660.0 |
| 추가 유출물 의무, MMBTU/h | 41.67 |
| 예열을 위한 총 의무 유출물(660F으로), MMBTU/h | 55.62 |
| 가정된 이용률, 분획 | 0.95 |
| 이차 TLE 의무, MMBTU/시간(공정 열에 대해) | 52.84 |
| 이차 교환기로의 최소 유입구 T HC+DS, F | 417.04 |
| 다른 것에 의해 첨가될 대류, MMBTU/h | 26.89 |
| 나프타 의무, MMBTU/시간 | 25.72 |
| 직접 전기 가열 효율, % | 90.000 |
| 필요한 추가 대류 의무, MMBTU/h | 26.894 |
| 대류 전력, MW(sep.nap vap) | 8.764 |
| 복사 전력, MW | 42.734 |
| 총 전력, MW | 51.498 |
| 열의 열역학적 총 전력, MMBTU/hr | 175.717 |
| 연료 등가 BTU/lb HC | 1849 |
| 천연 가스로부터의 Elecy(40% ef)- 연료 등가, BTU/lbHC | 4623 |
| 종래의 연소식 히터로의 연료, BTU/lb.HC | 2794 |
| 성능 개선, % | 151.1 |
전기가 천연 공급원(예컨대, 태양 또는 바람)으로부터 생성될 때, 그리고 생산 효율이 무관한 경우라면, 전기 히터는 종래의 연소식 히터보다 50% 이상 효율적일 수 있다. 그러나, 전기가 열원에 대해 천연 가스/연료 오일로 생성된 때에는, 전기적 가열은 경제적이지 않을 수 있다.
전력망
본 개시의 구현예에 따르는 전기 히터를 사용하는 크래킹 과정이 많은 양의 전력을 소비할 수 있기 때문에, 가능한 많이 전력 손실을 감소시키는 것이 유리할 수 있다. 예를 들어, 발전소로부터의 손실을 최소화하면서 현장에서 고압으로 전기를 사용할 수 있다고 가정할 때, 고전압으로 장비를 제조하는 데에는 여전히 제한이 있을 수 있다. 대부분의 나라가 장거리(변전소에서 변전소까지)에 66 KV 송전선을 사용하지만, 소비자에게는 3000 V 내지 11000 V 전력을 사용할 수 있다. 에틸렌 산업에서, ID 팬은 큰 전기 소비자이다. 대부분의 나라는 6000-6600 V를 사용한다(예컨대, 태국에서는 PTTPE, 말레이시아에서는 Petronas). 11 KV보다 높은 경우, 코로나 방출이 고려되어야 한다. 위의 계산이 50 MW 정도의 전력이 최소 소비량일 수 있음을 보여주지만, 다음의 계산은 100 MW에 대해 제시된다. 더 높은 용량 전기 히터에 대해 또는 다중 전기 히터에 대해서 더 높은 양이 고려될 수 있다.
| 전력, MW | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
| 공급 전압 | 250 | 440 | 3000 | 6000 | 11000 |
| 전류(P.F=1), 암페어 | 400000 | 227273 | 33333 | 16667 | 9091 |
| 1 옴에 대한 손실, MW | 160000.0 | 51652.9 | 1111.1 | 277.8 | 82.6 |
| 0.01 옴에 대한 손실, MW | 1600.0 | 516.5 | 11.1 | 2.8 | 0.8 |
| 유용한 전력 비율 | 0.000 | 0.000 | 0.889 | 0.972 | 0.992 |
| 0.001 옴에 대한 손실, MW | 160.0 | 51.7 | 1.1 | 0.3 | 0.1 |
| 유용한 전력 비율 | 0.000 | 0.483 | 0.989 | 0.997 | 0.999 |
| .001 옴에 대한 손실, MMBTU/h | 545.9 | 176.2 | 3.8 | 0.9 | 0.3 |
| 다이아몬드 와이어 | 길이 | 단면 면적 | 저항, | ||
| mm | M | M^2 | 옴 | ||
| 1 | 1 | 7.854E-07 | 0.02190 | ||
| 10 | 1 | 7.854E-05 | 0.00022 | ||
| 10 | 10 | 7.854E-05 | 0.00219 | ||
| 10 | 50 | 7.854E-05 | 0.01095 | ||
| 15 | 50 | 0.0001767 | 0.00487 | ||
| 20 | 50 | 0.0003142 | 0.00274 |
약 250-440 V의 낮은 전압은 전도체(케이블)에서 과다한 전력 손실 없이는 사용될 수 없다. 전류 요구조건은 너무 높을 수 있으므로 6000 V 이상을 사용하는 것이 바람직하다. 케이블이 변압기로부터 50 m 떨어져 있고 20 mm 두께라고 가정하면, 저항은 예컨대, 0.001 옴 이하로 매우 작을 수 있다.
제어
연소식 히터와 비교하여, 전기적 가열은 전력을 조절함으로써 정확하게 제어될 수 있다. 전압 조절기가 전력을 조절하기 위해 사용될 수 있다. 그러나, 높은 전력의 경우에, 전력 손실은 상당할 수 있고 실제적이지 않을 수 있다. 그런 경우에, 전체 전기 히터 제어를 위해 개별 코일 제어가 바람직할 수 있다. 즉, 각각의 코일(또는 튜브 그룹)에 대한 전력이 제어될 수 있다. 또한, 전력을 나눔으로써, 온도 분포가 유지될 수 있다. 예를 들어, 45 피트 길이의 코일이 5개 섹션으로 나누어질 수 있다. 각 섹션에 대한 전력은 제어될 수 있고(켜지거나 꺼짐), 상이한 코일에서 상이한 엄격성을 허용하여, 동일한 히터의 상이한 코일에서 동시 크래킹 및 디코킹 등을 허용할 수 있다.
다른 측면
일반적으로, 종래의 에틸렌 설비에서, 액체 공급물 헤더 및 가스 헤더가 제공되며, 액체 공급물은 기화된다. 회수 섹션에서 이용 가능한 약간 낮은 열원, 예컨대, 나프타 + DS(0.2 중량/중량) 공급물을 찾는 것이 가능하다. 이 시나리오에서는, 만약 전기 히터가 사용되면, 하나의 전기 히터가 전체 설비에 사용될 수 있다. 유사하게, 희석 스팀은 과열될 수 있고 설비의 모든 전기 히터에 공급될 수 있다. 이것과 같은 접근법은 크래킹에 필요한 전기 히터의 총 수를 감소시킬 수 있다.
위의 예에서 1회 통과 코일 배열이 고려되지만, 다른 유형의 코일 배열이 사용될 수 있다. 다른 코일 배열은 SRT-1(구불구불한 코일), SRT III(4회 통과 코일), SRT V, VI, 또는 VII(다수의 유입구 및 다수의 출구를 가진 2회 통과 코일), U 코일(하나의 유입구와 하나의 출구), Y 코일(2개의 유입구와 하나의 출구)과 같은 다중 통과 코일 및 다른 구성을 포함할 수 있다. 복사 상자에 상이한 유형의 히터 코일 설계가 설치되지 않았거나 작동할 수 없는 종래의 연소식 히터와 대조적으로, 본 개시의 구현예에 따르는 전기 히터는 SRT-1 및 SRT VI 히터 코일 설계를 포함한 다수의 상이한 히터 코일 설계를 포함할 수 있다.
코일은 탄소 강철, 오스테나이트계 스테인레스 강철, Cr-MO 강철, 다른 합금 강철, 및 니켈계 합금과 같은 세라믹 물질 또는 금속성 물질로 만들어질 수 있다. 세라믹 튜브가 사용될 때, 상대적으로 더 짧은 체류 시간이 사용될 수 있다(예컨대, 금속 튜브를 사용하면, 950℃ 이상의 가스 온도는 어려울 수 있음). 도 3은 체류 시간의 함수로서 예상된 에틸렌 수율 및 COT의 그래프를 도시한다.
고온은 본 개시의 전기 히터를 사용하여 가능하기 때문에, 스팀만의 디코킹이 사용될 수 있다. 개별 코일이 또한 디코킹될 수 있다. 신뢰성을 개선하기 위하여, 스팀/공기로의 주기적인 디코킹이 또한 사용될 수 있다.
본 개시의 구현예에 따르면, 단일 헤더가 상이한 공급물을 전기 히터에 공급하기 위해 사용될 수 있다. 액체 헤더(예컨대, 나프타 헤더), 가스 헤더(예컨대, 에탄 헤더), 및/또는 혼합 스트림 헤더(예컨대, 고온 나프타 + 희석 스팀 헤더 또는 에탄 + 희석 스팀 헤더)가 공급물을 하나 이상의 전기 히터에 공급하기 위해 사용될 수 있다. 혼합 스트림 헤더를 사용함으로써, 최대량의 전기 에너지가 공급물 예열을 위해 사용될 수 있고 최소량의 전기 에너지가 스팀 생성을 위해 사용될 수 있다.
전기 히터에는 많은 코일이 있을 수 있고, 전기 히터의 단일 반응 섹션에 상이한 그룹으로 그룹화되거나 함께 배열될 수 있다. 코일 출구 온도는 올레핀 생산을 위해 최적화되고 원하는 실행 길이를 이루기 위해 제어될 수 있다. 그러한 제어는 적어도 부분적으로는 자체 공급물 제어 밸브를 가진 코일 그룹을 제공함으로써 실행될 수 있다. 단일 전기 히터는 한 그룹의 코일 또는 많은 그룹을 가질 수 있다. 연소식 히터와 달리, 전기 히터는 물리적 배열로 절연부를 배치하고/거나 전기 에너지를 특정 코일로 나눔으로써 많은 하위섹션으로 나누어질 수 있다. 전기 히터에 대한 전력 소비는 높을 수 있다(예컨대, 수십 메가와트에서 수백 메가와트의 범위임). 그러므로, 전력망은 각각의 개별 그룹의 코일을 공급하기 위해 또는 소수 그룹의 코일을 공급하기 위해 나누어질 수 있다. 코일 그룹에서 온도를 제어하기 위해, 전력망은 코일의 각 그룹에 전력을 공급하기 위해 나누어질 수 있다. 일부 구현예에서, 가열 코일이 서로 얽혀있을 수 있다.
예를 들어, 수직으로 배열된 3개 그룹 시스템(예컨대, 1-2-3; 1-2-3; 1-2-3)을 사용하면, 전부 3개 그룹이 전체 전력을 전력망으로부터 얻을 때, 최대 열이 방출될 수 있다. 그룹 1 또는 2 또는 3 중 어느 하나가 활성일 때, 전력은 총 전력의 1/3이다. 부분적인 양의 전력이 사용될 때, 코일 전체에서 균일한 가열이 유지될 수 있다. 그룹은 수직으로 배열될 수 있으며, 하단의 1/3 또는 1/2이 나머지와 상이한 전력을 가질 수 있다. 일부 구현예에서, 코일 그룹은 수평으로 배열될 수 있다. 완전한 디코킹을 위한 완전한 크래킹에 대한 의무는 정확하게 제어될 수 있다. 추가적으로, 분할 크래킹이 전기 히터로 달성될 수 있다. 2개의 인접한 그룹의 코일은 각 그룹에 제공된 상이한 전력을 가질 수 있다.
전기 히터를 가진 반응기에서 유출물은 스팀을 생성함으로써 빠르게 냉각될 수 있다. 유출물 출구 온도는 반응을 퀀칭할 수 있으면서 스팀 생성을 감소시키기 위해 선택될 수 있다. 유출물의 과다한 에너지는 고온 공급 혼합물(예컨대, 혼합된 탄화수소 및 희석 스팀 공급물)을 예열하기 위해 사용될 수 있어서, 공급물을 예열하기 위해 추가 히터가 필요하지 않을 수 있다. 저온 공급물의 경우, 이미 생성된 스팀이 사용될 수 있다. 그러한 방식으로, 공급된 전기 에너지의 더 높은 분획이 크래킹 과정에 사용될 수 있다.
방법
크래킹 과정에서, 공급 혼합물은 반응이 일어나기 위해 일부 온도 수준(반응 온도)으로 가열될 수 있다. 종래의 연소식 히터에서, 연도 가스의 에너지가 사용될 수 있고 추가 에너지는 고압 스팀을 생성하기 위해 사용될 수 있다. 그러나, 전기 히터에서는, 공급물은 열에너지를 반응으로부터의 유출물과 교환함으로써 예열될 수 있다. 최소량의 에너지가 전기 히터 반응기와 함께 사용되어 고압 스팀(모든 압축기가 전력이 공급될 때, 회수 섹션에서 사용되거나 전기를 다시 생성하거나 다른 공정 스트림을 예열하기 위해 사용될 수 있음)을 생성할 수 있다. 전기 히터로부터의 유출물은 열분해 반응을 둔화시키기에 충분한 수준으로 빠르게 퀀칭될 수 있다. 퀀칭/출구 온도는 공급물 유형에 따라 결정될 수 있다. 예를 들어, 에탄을 크래킹할 때, 출구 온도는 약 700 내지 750℃일 수 있다(예컨대, 반응기 유출물이 스팀 생성에 의해 약 700℃로 냉각되는 경우). 유출물의 추가 냉각은 관형 교환기에서 열을 공급물 스트림(예컨대, 에탄 및 희석 스팀)과 교환함으로써 달성될 수 있다. 나프타 크래커의 경우, 출구 온도는 600-700℃일 수 있고, 이것은 연소식 히터를 사용할 때의 출구 온도보다 더 높다.
일부 구현예에서, 출구 온도는 반응기의 다른 영역에서 사용될 수 있는 더 많은 스팀을 생성하기 위해 낮아질 수 있다. 예를 들어, 에탄의 경우, 350 내지 450℃ 범위의 출구 온도가 반응기의 이송 라인 교환기(TLE) 섹션에서 고압 스팀을 생성하기 위해 선택될 수 있다. 나프타 크래킹의 경우, 350 내지 525℃ 범위의 출구 온도가 스팀을 생성하기 위해 선택될 수 있다. 상대적으로 작은 이송 라인 교환기(고압 교환기)는 본 개시의 구현예에 따르는 전기 히터에 대한 고압 스팀 생성을 위해 사용될 수 있다. 상대적으로 작은 TLE를 사용할 때, 선형 교환기가 사용될 수 있고 유출물은 추가 냉각을 위해 조합될 수 있다. 선형 교환기 대신, 종래의 교환기가 또한 사용될 수 있다.
다른 교환기(이차 및/또는 삼차)가 본 개시의 전기 히터와 함께 사용될 수 있으며, 여기서 공급물은 저압 교환기를 사용하여 유출물과 교환될 수 있다. 연소식 히터에서, 일차 교환기로 스팀이 생성된 후, 이차 교환기가 일부 공급물(오염 경향이 낮은 에탄 및 프로판)에 대해서만 사용될 수 있다. 그러나, 본 개시의 구현예에 따르는 전기 히터를 사용하면, 모든 공급물(기체 및 액체 공급물)은 이차 교환기를 사용할 수 있다. 이들 이차 교환기는 전기 히터와 대응하여 개별 반응기와 함께 설치되거나 또는 각 유형의 공급물과 대응하여 전체 설비 설계에 따라 설치될 수 있다.
예를 들어, 설비는 다수의 종래 연소식 히터로 향하는 에탄 및 나프타 공급물을 가질 수 있고, 여기서 예를 들면, 연소식 히터 중 2개는 에탄을 크래킹할 수 있고, 연소식 히터 중 5개는 나프타를 크래킹할 수 있으며, 1개의 여분의 연소식 히터는 둘 중 어느 하나를 크래킹 할 수 있다. 그러한 예에서, 각각의 에탄 연소식 히터는 하나의 이차 TLE를 가질 수 있지만, 나프타(및 여분의) 연소식 히터는 어떠한 이차 TLE도 갖지 않을 수 있다. 비교 설비에서 반응기에 대해 본 개시의 구현예에 따르는 전기 히터를 사용할 때, 모든 에탄 전기 히터는 그룹화될 수 있고, 에탄(선택적으로 희석 스팀이 있음)은 에탄 전기 히터에 대해 에탄(+ 희석 스팀) 공급물을 가열할 하나 이상의 이차 교환기로 보내질 수 있다. 모든 나프타 전기 히터는 그룹화될 수 있고 나프타(및 선택적으로 혼합된 희석 스팀) 공급물과 열을 교환할 수 있다. 이차 교환기는 개별 히터 기준으로(예컨대, 많은 작은 교환기) 또는 공급물 기준으로(예컨대, 각각의 공급물 유형에 대해 몇 개의 큰 교환기) 배열될 수 있다. 일부 구현예에서, 개별 히터 기준으로 설계될 때, 여분의 이차 교환기는 비용으로 인해 제공되지 않을 수 있지만, 공급물 기준으로 설계될 때, 단일 이차 교환기가 전체 설비에 서비스를 제공할 수 있기 때문에 여분의 이차 교환기가 제공될 수 있다.
추가로, 본원에 개시된 전기 히터를 사용하여 설계 단순화가 달성될 수 있으며, 여기서 설비의 모든 일차 LTE(예컨대, 에탄 크래킹 히터(들) 또는 나프타 크래킹 히터(들)에 대해 고온(600℃ 이상) TLE)로부터의 유출물이 조합된 후, 혼합된 유출물이 공급 혼합물을 예열하기 위해 사용될 수 있다. 이 경우에, 총 조합 유출물은 하나 또는 둘 이상의 스트림으로 나누어질 수 있다. 한 유출물 스트림은 에탄을 예열하기 위하여 갈 수 있고 또 다른 유출물 스트림은 나프타 공급물을 예열하기 위하여 갈 수 있다. 이차 교환기는 또한 단일 교환기에서 에탄 및 나프타 공급물 모두를 독립적으로 예열하기 위해 설계될 수 있다. 이들 조건 하에서, 여분의 이차 교환기를 제공하는 것은 비용을 상당히 증가시키지 않을 수 있지만, 스트림 상의 시간을 상당히 증가시킬 수 있다. 현재 일차 LTE만이 연소식 히터에서 복사 코일과 함께 온라인으로 청소될 수 있는 한편, 이차 교환기는 기계적으로 청소된다(더 긴 시간이 걸리고 따라서 생산의 손실). 여분의 이차 교환기를 제공함으로써 스트림 상의 시간이 증가된다(여기서 유출물 스트림은 지속적으로 필요한 곳을 향해 갈 수 있지만 다른 스트림 라인은 청소될 수 있다).
본 개시의 구현예에 따르는 전기 히터는 상이한 유형의 탄화수소 크래킹 과정에 사용될 수 있다. 예를 들어, 본원에 개시된 전기 히터는 올레핀 생산을 위한 열분해 공정에 사용될 수 있다. 추가로, 올레핀 생산 외에, 본원에 기술된 것과 같은 전기 히터는 촉매 반응기에 대해, 예컨대 메탄 개질기 또는 프로판 탈수소화와 같은 탈수소 반응기에 사용될 수 있다.
상이한 탄화수소 공급물이 본 개시의 전기 히터에 크래킹을 위해 공급될 수 있다. 예를 들어, 탄화수소 공급물에는 C2, C3, C4, C5, ... 최대 잔류물 및 전체 원유 및 이것들의 임의의 부분/분획 또는 혼합물, 광범위한 비등 곡선 및 500℃ 이상의 종점을 가진 응축물 및 탄화수소가 포함될 수 있다. 그러한 탄화수소 혼합물에는 무엇보다 전체 원유, 버진 원유, 수소화 처리된 원유, 경유, 진공 경유, 난방유, 제트 연료, 디젤, 등유, 가솔린, 합성 나프타, 라피네이트 개질유, 피셔-트롭쉬 액체, 피셔-트롭쉬 가스, 천연 가솔린, 증류액, 버진 나프타, 천연 가스 응축물, 상압 파이프스틸 바닥, 바닥을 포함한 진공 파이프스틸 스트림, 넓은 끓는 범위의 나프타부터 경유 응축물, 정제소에서 나오는 중질 비버진 탄화수소 스트림, 진공 경유, 중경유, 대기 잔류물, 하이드로크래커 왁스, 및 피셔-트롭쉬 왁스가 포함될 수 있다. 일부 구현예에서, 탄화수소 혼합물은 나프타 범위 이하로부터 진공 경유 범위 이상까지 비등하는 탄화수소를 포함할 수 있다. 필요하다면, 이들 공급물은 본원에 기술된 공정의 상류에서 황, 질소, 금속, 및 콘래드슨 탄소의 일부를 제거하기 위해 사전 처리될 수 있다.
도 2는 본원에 개시된 구현예에 따르는 전기 히터를 사용하여 탄화수소 공급물을 열분해하기 위해 사용될 수 있는 공정(200)의 블록 흐름도를 도시한다. 도시된 것과 같이, 희석 스트림(214), 예컨대 스팀은 탄화수소 공급물(210)에 첨가되고 교환기(220)에서 유출물(212)로 예열될 수 있다. 이것은 하나 이상의 교환기에서 실행될 수 있다. 추가의 예열은 별도의 히터에서 또는 주 전기 히터와 조합된 히터에서 실행될 수 있다. 교환기(들) 및 예열기(들)는 단일 히터에 대해 특정하게 설계되거나 또는 전체 설비에서 보편적으로 작동되도록 일반적으로 설계될 수 있다. 추가로, 교환기 및 히터는 함께 작동하도록 설계될 수 있고, 그것이 전체 경제적인 면으로 고려될 수 있다.
공급 혼합물(216)이 교차 온도(TXO)로도 알려져 있는 원하는 유입구 온도로 예열되고 나면, 예열된 공급 혼합물(216)은 그런 다음 전기 히터(230)에 진입할 수 있다. 전기 히터는 공급 혼합물(216)을 반응 온도로 과열할 수 있고, 크래킹 반응이 전기 히터(230)의 코일에서(예컨대, 짧은 체류 시간(SRT) 코일에서) 진행될 수 있다. 각 코일로의 흐름은 제어 밸브(예컨대, 고온 밸브) 및 벤투리에 의해 분포될 수 있다. 전기 히터(230)로의 열 입력은 전기 입력을 조정함으로써 조작될 수 있다.
전기 히터의 반응 섹션에서(코일에서), 크래킹의 공정 성능은 반응이 종래의 연소식 히터에서 일어나는 것과 같을 수 있다. 달리 말하면, 종래의 연소식 히터 및 본 개시의 구현예에 따르는 전기 히터의 반응 섹션에서 공정 성능의 유의할만한 차이가 검출될 수 없었다. 이와 같이, 본 개시의 전기 히터는 연소식 히터와 동일하거나 유사한 수준의 열분해 성능을 제공하는 반응 섹션을 가질 수 있다. 일부 구현예에서, 개별 코일의 균일한 둘레 가열을 제공하는 것과 같이, 성능 및 선택성이 개선될 수 있고, 부분적으로는 발화 가열과 관련된 고온 스팟의 수 또는 온도의 감소로 인한 것일 수 있다.
전기 히터 설계에 따라, 코일 설계가 수정될 수 있다. 예를 들어, 1회 통과 설계 또는 다중 통과 직렬-병렬 배열이 사용될 수 있다. 일부 구현예에서, 전기 히터에서 코일 설계는 연소식 히터에서의 코일 설계와 동일할 수 있다(예컨대, SRT-I, SRT-II, SRT-III, SRT-V, SRT-VI, 및 SRT-VII 연소식 히터를 포함하여, Lummus Technology사에 의한 SRT® 로에서와 동일한 코일 설계). 일부 구현예에서, 상이한 코일 배열이 단일 전기 히터에 사용될 수 있다. 예를 들어, 구불구불한 코일 및 다중 통과 분할 설계 코일이 단일 전기 히터의 반응 섹션에 배열되고 작동될 수 있다.
열분해의 엄격성은 전기 히터(230)로부터의 출구(218)의 출구 온도를 모니터링하고 전기 히터(230)에의 열 유입을 조정함으로써 조정될 수 있다. 추가로, 전기 히터(230)의 코일의 표면 온도는 연소식 히터에서 사용된 장치 및 방법을 사용하여 측정 및/또는 예측될 수 있다. 예를 들어, 스캐닝 적외선 카메라, 초점 평면 배열 검출기를 사용한 고해상도 이미징, 열전대, 및 온도 측정 지점 선택이, 예를 들어 코킹, 부식, 히터의 과중 및 과소 균형 열 부하, 및 코일의 수명 예측의 제1 단계를 결정하는 데 사용할 수 있는 전기 히터 코일의 표면 온도를 모니터링하기 위해 사용될 수 있다.
전기 히터(230)로부터의 출구(218)는 교환기(들)(예컨대, TLE(들))(240)로 향할 수 있고, 여기서 전기 히터(230)의 반응 섹션을 벗어난 후 신속하게 냉각(퀀칭)될 수 있다. 출구(218)를 퀀칭하는 것은 이차 반응을 예방하고 출구로부터의 가스 조성물을 안정화하기 위해 실행될 수 있다. 종래의 연소식 히터와 함께 사용된 것과 동일 유형의 TLE가 본 개시의 전기 히터(230)와 함께 사용될 수 있다. 예를 들어, TLE(240)에서 크래킹된 가스 출구(218)의 냉각은 고압 보일러 공급수(BFW)(242)의 기화에 의해 수행될 수 있고, 여기서 BFW(242)는 TLE 튜브 주위에 도입되어 크래킹된 가스 출구(218)를 냉각시키고 기화되어 고압 스팀(244)이 생성될 수 있다. 액체 공급물을 크래킹할 때(예컨대, 중경유 공급물의 처리시에), 직접 주입 퀀칭 포인트가 제공되어 크래킹된 가스가 크래킹된 가스의 무거운 말단의 이슬점 아래로 냉각될 때 TLE 냉각 튜브에서 발생할 수 있는 급속 오염을 억제할 수 있다.
TLE(240)를 빠져나오는 유출물(212)은 분석될 수 있고 유출물의 유형에 따라 상이한 용도에 대해 상이한 경로로 향할 수 있다. 예를 들어, 유출물(212)은 가열되고 추가 크래킹을 겪을 수 있다. 일부 구현예에서, 유출물은 탄화수소 혼합물 중의 질소, 황, 금속, 및 콘래드슨 탄소 중 적어도 하나의 함량을 감소시키기 위해 수소화처리될 수 있다. 조합된 유출물 분석에 대해 종래의 연소식 히터로 사용된 것과 동일한 유형의 장비 및 공정이 본 개시의 구현예에 따르는 전기 히터(230)로 사용될 수 있다.
일부 구현예에서, 유출물은 종래의 연소식 히터를 사용할 때 TLE 출구 온도와 비교하여 본 개시의 전기 히터를 사용할 때 상대적으로 더 높은 TLE 출구 온도로 냉각될 수 있다. 예를 들어, 종래의 연소식 히터를 사용할 때, 유출물은 800 내지 850℃의 코일 출구 온도로부터 냉각됨으로써 350℃ 내지 400℃(크래킹 사이클을 시작할 때)로 냉각되어, 고압 스팀(예컨대, 115 바)이 생성될 수 있다. 최소한의 스팀이 필요할 때, 예컨대 본 개시의 전기 히터를 사용할 때, TLE(240) 출구 온도는 600 내지 650℃로 증가될 수 있다. 더 낮은 TLE 출구 온도에서, 열분해 반응 속도는 더 낮을 수 있고, 공급물을 예열하기 위해 더 적은 에너지를 사용할 수 있다. 그러므로, 낮은 TLE 출구 온도는 전기 히터에서 전기 소비를 감소시킬 수 있을뿐만 아니라, 스팀 생성을 감소시킬 수 있다. 최적의 출구 온도/스팀 생성은 상이한 열분해 공정에 대해 결정될 수 있다. 상이한 TLE 출구 온도를 사용하는 예가 예시를 위해 아래에서 고려된다.
최소한의 스팀이 고려될 때, 공급물 예열을 제거하고 별도의 히터에서 공급물을 반응 온도로 가열하는 것이 가능하다. 일반적으로, 기체 연소식 히터에서 나프타에 대한 히터 교차 온도는 1100 내지 1175℉(593 내지 635℃)이며 에탄에 대한 히터 교차 온도는 1250 내지 1300℉(677 내지 704℃)이다. 이런 수준의 공급물 예열은 유출물 가열만으로는 달성될 수 없다. 교차 온도를 나프타에 대해 900℉(482℃)로 및 에탄에 대해 1000℉(538℃)로 감소시킴으로써, 별도의 전기 예열기가 필요하지 않을 수 있다. 불행히도, 교차 온도를 감소시키기 위하여, 복사 코일의 튜브 표면 온도는 증가될 수 있고 실행 길이는 감소될 수 있다. 합리적인 실행 길이를 위해, 더 많은 코일이 필요할 수 있다. 액체 공급물의 경우 전기 예열기를 제거하는 것이 어렵다. 나프타 유출물은 응축되어 라인을 오염시킬 것이기 때문에 350℃ 또는 300℃ 아래로 냉각되지 않을 수 있다. 그러나, 에탄 유출물은 200℃로 냉각될 수 있고, 그 엔탈피는 에탄 공급물 또는 에탄/희석 스팀 혼합 공급물을 예열하기 위해 사용될 수 있다. 이 과정은 이차 TLE를 사용하여 실행될 수 있으며, 이차 TLE는 종래의 연소식 히터 또는 전기 히터와 함께 사용될 수 있다. 추가로, 종래의 디코킹 및 공급물 전환은 본 개시의 구현예에 따르는 전기 히터로 사용될 수 있다. 예를 들어, 스팀은 본원에 개시된 전기 히터에서 코일을 디코킹하기 위해 사용될 수 있다.
종래의 연소식 히터와 달리, 본 개시의 구현예에 따르는 전기 히터는 대류 섹션을 갖지 않는다. 전기 히터에서, 코일 그룹, 예컨대, 1 내지 10 또는 20개(또는 실제적으로 실현 가능한한 많은) 코일이 전기 히터를 형성할 수 있다. 코일 및 전기 히터의 크기는 디코킹 용량에 의해 결정될 수 있다.
하나 이상의 전기 히터가 에틸렌 생산 설비에서 사용될 수 있다. 에틸렌 생산 설비는 1800 KTA의 에틸렌을 훨씬 넘는 에틸렌 생산 용량 및 1500 KTA보다 큰 평균 에틸렌 생산 용량을 가질 수 있다. 그러한 생산을 달성하기 위하여, 다수의 전기 히터(예컨대, 6 또는 7개의 작동 전기 히터 및 여분의 전기 히터)가 설비에 사용될 수 있다. 설비의 각각의 전기 히터는 에틸렌 생산을 최적화하기 위해 설계될 수 있다. 예를 들어, 에틸렌의 1000 KTA(년간 킬로톤)의 에틸렌을 생산할 수 있는 설비의 경우, 5개 그룹의 코일 플러스 하나의 여분 그룹이 각각 전기 히터를 형성한다(각각의 코일 그룹/전기 히터는 200 KTA 크기를 가질 수 있음). 또 다른 예로서, 2000 KTA 설비가 각각 전기 히터를 형성하는 5개 그룹의 코일 플러스 하나의 여분 그룹을 가질 수 있다(각각의 전기 히터는 400 KTA 크기를 가질 수 있음). 단일 전기 히터는 200 KTA 이상의 에틸렌, 예컨대, 250 KTA 내지 300 KTA를 생산할 수 있다. 일부 구현예에서, 200 KTA의 에틸렌을 생성하는 전기 히터는 65 MW 내지 130 MW 범위의 전력 소비를 가질 수 있다. 일부 구현예에서, 1800 KTA의 에틸렌을 생성하는 전기 히터는 1170 MW와 같이 많은 총 전력을 소비할 수 있다.
전기적 가열 시스템(예컨대, 저항, 유도, 및/또는 정전용량)에 따라, 가열은 각 코일에 또는 각 코일 그룹에 공급될 수 있고, 예를 들어, 전기 히터 제조사에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 일부 구현예에서, 전기 히터(예컨대, SRT-VI® 히터에서와 같이 배열된 코일을 함유한 전기 히터)는 다수의 공급물, 예컨대, 공급물-1, 공급물-2, 등을 위한 일반 파이프를 가질 수 있다(예컨대, 공급물-1은 나프타일 수 있고, 공급물-2는 액화된 석유 가스(LPG)일 수 있으며, 공급물-3은 에탄일 수 있는 등이다). 공급물(들)은 열분해 반응이 수행되는 전기 히터 외부에서 예열될 수 있다. 코일 그룹 및 TLE(생성 시스템)는 본 개시의 구현예에 따르는 전기 히터를 형성할 수 있고 디코킹 또는 회수를 위해 분리될 수 있다.
연소식 히터에서, 대용량 히터는 쌍둥이 셀 복사 상자 설계를 사용할 수 있고, 여기서 쌍둥이 셀 복사 상자 설계에는 공통 대류 섹션에 2개의 복사 셀이 포함될 수 있다. 단일 셀 설계 연소식 히터는 200 KTA 용량을 구축하기 위해 사용될 수 있다. 전기 히터는 종래의 연소식 히터와 같이 대류 섹션을 갖지 않기 때문에, 200 KTA 에틸렌 생산은 연소식 히터와 전기 히터의 비교를 위한 기준으로서 사용될 수 있다. 그러나, 전기 히터로부터의 에틸렌 생산은 200 KTA보다 적거나 많을 수 있다(예컨대, 약 170 KTA 내지 400 KTA 또는 그 이상의 범위). 전기 히터 설계의 예는 200 KTA의 에틸렌을 토대로 나프타 및 에탄 크래킹에 대해 본원에서 제공된다. 간결성을 위해, 높은 엄격성의 전체 범위 나프타 및 65% 전환율의 순수 에탄이 고려되었다. 추가로, 상이한 코일 배열(예컨대, Lummus Technology사에 의해 SRT-I, SRT-II, SRT-III, SRT-V, SRT-VI, 또는 SRT-VII에서 사용된 코일 배열 또는 1회 통과 코일 배열)이 전기 히터에 사용될 수 있지만, Lummus Technology사의 SRT-VI 연소식 히터에서의 코일 배열에 매칭되는, 긴 실행 길이를 가진 높은 선택적 2회 통과 코일인 코일 배열을 사용하는 전기 히터 설계의 예가 제시된다. 이런 코일 배열을 가진 전기 히터는 나프타 및 에탄 크래킹에 모두 사용되어 에틸렌을 생성할 수 있다. 25 psia의 표준 코일 출구 압력이 사용될 수 있다. 0.1 내지 1.5 중량/중량의 스팀 대 오일 비율(S/O)이 다양한 공급물에 대해 사용될 수 있다; 예를 들어, 나프타 크래킹에 대해 0.5 중량/중량이 사용될 수 있고 에탄 크래킹에 대해 0.3 중량/중량이 사용될 수 있다. 전기 히터는 적어도 45일 동안 실행될 수 있다.
나프타 특성에는 0.707의 비중(SG), 91℉(33℃)의 초기 비등점(IBP), 189의 50 부피%, 348℉(176℃)의 최종 비등점(FBP), 74.6 중량% 파라핀, 16.65 중량% 나프텐, 8.75 중량% 방향족, 및 0.83의 간섭 대 잡음 전력 비율(P의 I/N 비율)이 포함된다. 100% 순수 에탄이 전기 히터에서 에탄을 열분해하기 위해 사용될 수 있다.
아래에 제공된 표 3은 에틸렌을 생성하기 위해 나프타 및 에탄을 열분해할 수 있는 전기 히터에 대한 예시의 설계 및 작동 매개변수를 제공한다. 사례 1은 나프타 히터 설계에 상응하고 사례 2는 에탄 히터 설계에 상응한다.
| 사례 번호 | 1A | 1B | 2A | 2B |
| 에틸렌 용량, KTA | 200 | 200 | 200 | 200 |
| 작동 시간 | 8000 | 8000 | 8000 | 8000 |
| 코일 유형 | SRT VI | SRT VI | SRT VI | SRT VI |
| 공급물 | 나프타 | 나프타 | 에탄 | 에탄 |
| 순도, % | 100 | 100 | 100 | 100 |
| 엄격성/대류 | 높음 | 높음 | 65 | 65 |
| C2H4, 중량%(OT) | 30.70 | 30.70 | 52.6 | 52.6 |
| C3H6, 중량%(OT) | 14.20 | 14.20 | 0.8722 | 0.8722 |
| 공급 속도, kg/h | 81433 | 81433 | 47529 | 47529 |
| 스팀 대 오일 비율(S/O), 중량/중량 | 0.5 | 0.5 | 0.3 | 0.3 |
| COP, psia | 25 | 25 | 25 | 25 |
| 코일 수/히터 | 8 | 9 | 8 | 9 |
| 구성 | 24/4 | 24/4 | 20/4 | 20/4 |
| ID 인/아웃, 인 | 2/5 | 2/5 | 1.8/4 | 1.8/4 |
| 길이, 피트/통과 | 45 | 45 | 46 | 46 |
| 전기 히터로서 | ||||
| 복사 의무, MMBTU/h | 216.5 | 236.6 | 161.6 | 172.9 |
| 전기 효율, % | 90.0 | 90.0 | 90.0 | 90.0 |
| 반응기에 필요한 전력, MW | 70.5 | 77.0 | 52.6 | 56.3 |
| 코일 출구 온도, F | 1557.9 | 1552.4 | 1566.6 | 1560.0 |
| 일차 TLE 출구 온도, F | 680.0 | 1202.0 | 680.0 | 1202.0 |
| TLE 의무, MMBTU/h | 176.9 | 71.1 | 100.3 | 45.6 |
| SHP 스팀(포화), T/h | 87.9 | 35.3 | 49.8 | 22.7 |
| 히터 유출물 아웃 온도, F | 660.0 | 660.0 | 400.0 | 400.0 |
| HC+DS 의무 BL 대 TXO, MM BTU/h | 182.3 | 162.5 | 104.7 | 93.2 |
| 총 공정 의무, MMBTU/h | 398.8 | 399.1 | 266.2 | 266.1 |
| 예열에 사용된 의무, MMBTU/h | 0.0 | 77.1 | 24.7 | 68.6 |
| 전기 의무-공정, MMBTU/h | 398.8 | 322.0 | 241.5 | 197.5 |
| eff가 있는 전력, MW | 129.9 | 104.8 | 78.6 | 64.3 |
| 복사 섹션에 대한 % 전력 | 54.3 | 73.5 | 66.9 | 87.5 |
| 에틸렌의 전력 KW/T | 5195.0 | 4193.9 | 3145.6 | 2572.5 |
사례 1A 및 2A는 높은 교차 온도 및 낮은 TLE 출구 온도(스팀 생성을 최대화하기 위함)를 가진 조건에 상응하며, 여기서 모든 의무를 전기 히터(들)에 의해 공급될 수 있다. 이것은 최대량의 스팀을 생성한다. 사례 1B 및 2B는 더 낮은 양의 스팀을 생성한다. 유출물 중의 이용 가능한 열은 공급물을 최대 정도로 예열하기 위해 사용될 수 있다. 일부 공급물의 경우, 반응 혼합물의 교차 온도로의 최대 예열은 별도의 전기 히터의 사용 없이 가능하다. 일부 구현예에서, 별도의 전기 히터가 스팀을 (약 500℃로) 과열시키기 위해 사용될 수 있다.
높은 교차 온도(또는 예열 온도)로, 복사 코일 표면적은 감소될 수 있고, 그것은 전기 히터가 적어도 45일 동안 실행되도록 허용할 수 있다. 예를 들어, 사례 1A 및 2A에서 나타낸 것과 같이, SRT-VI 구성에 배열된 8개 코일을 가진 전기 히터는 200 KTA 용량을 달성할 수 있다. 더 낮은 교차 온도로는, 동일 용량을 달성하기 위하여 더 많은 코일이 사용될 수 있다. 예를 들어, 사례 1A 및 2A에서, 8개 코일이 사용되며, 사례 1B 및 2B에서, 9개 코일이 사용되어 동일 용량이 달성된다. 더 많은 코일이 첨가될 때, 임의의 공급물에 대해 별도의 전기 히터를 사용하지 않고 여전히 더 낮은 교차 온도가 사용될 수 있다.
에탄 크래킹의 경우, (높은 에틸렌 수율로 인해) 탄화수소 공급 속도가 낮기 때문에, 열 전달 효율이 낮다. 최대 이익을 얻기 위해서는, 에탄 크래킹에 대해 약간 상이한 SRT-VI 설계가 고려될 수 있다. 그러나, A 사례에 대해 어떠한 코일 설계가 고려되든지, B 사례는 A 사례보다 하나 더 많은 코일로 유사하게 설계될 수 있다.
아래에 제공된 표 4는 나프타 및 에탄을 열분해할 수 있는 전기 히터에 대한 또 다른 예시의 설계 및 작동 매개변수를 제공한다.
| 공급물 | 나프타 | 에탄 |
| 유량, kg/h | 95434 | 57745 |
| S/O | 0.50 | 0.30 |
| COP, bara | 1.72 | 1.72 |
| 교차 온도, C | 608 | 707 |
| 코일 출구 온도, C | 828 | 858 |
| TLE 출구 온도, C | 356 | 347 |
| 대량 체류 시간, 초 | 0.23 | 0.25 |
| C2H4 생산, KTA | 200 | 251 |
| 총 열 이송 면적, m2 | 823 | 869 |
| 열 유속, Kcal/m2.시간 | 74 | 58 |
| 박스 내부 길이, m | 31.7 | 34.8 |
| 평균 열 유속, KW/M2(OD 기준) | 86 | 68 |
| 복사 의무, MW | 71 | 59 |
나프타 히터는 에탄 크래킹 히터의 전력보다 많은 전력을 활용할 수 있다. 예를 들어, 나프타 히터의 반응 섹션은 단독으로 약 70 MW/히터의 최소 전력 소비를 가질 수 있는 반면, 에탄 히터의 반응 섹션은 약 52 MW/히터의 최소 전력 소비를 가질 수 있다. 예열이 크래킹 전에 수행될 때, 사용된 총 전력은 반응 섹션 단독의 전력 소비보다 10 내지 20% 더 많을 수 있다. 이런 계산에 대해, 전기 히터에 대해 90% 효율이 가정될 수 있지만, 95% 이상의 효율이 가능할 수 있다. 예를 들어, 전기적 가열에서, 90 내지 98%의 전기 에너지가 반응에 사용될 수 있다. 그러므로, 반응에 사용되지 않는 열은 거의 내지 전혀 회수되지 않을 수 있다. 반응에 충분한만큼의 에너지의 양만이 전기 히터에 의해 공급될 수 있기 때문에, 실질적으로 과잉 또는 폐기되는 에너지 사용이 없다.
추가로, 본 개시의 전기 히터에서는 대류 섹션 및 버너가 없기 때문에, 본 개시의 전기 히터는 종래의 연소식 히터 배치와는 다르게 배열될 수 있다. 따라서, 본 개시의 전기 히터를 사용하는 반응기의 플롯 공간은 연소식 히터와 비교할 때 감소될 수 있다.
전기 히터는 에틸렌 톤당 2600 KW 내지 5200 KW 범위의 전력 요구조건을 가질 수 있다. 1800 KTA의 에틸렌을 생산할 때, 전기 히터는 에탄을 열분해하기 위해 약 580 MW를 사용할 수 있고, 나프타를 열분해할 때에는 1170 MW만큼 많은 전력을 사용할 수 있다. 추가 에너지는 크래킹 과정에 사용된 스팀을 과열시키고 회수 섹션을 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 전체 설비(전기 히터, 예열, 및 회수 구성요소를 포함함)에 대해서 에탄 크래커에 대해 약 600 MW의 전력이 사용될 수 있고 나프타 크래커에 대해 약 1300 MW의 전력이 사용될 수 있다. 전기 히터에 전력을 제공하기 위해(및/또는 예열 및 회수를 위해 구성요소를 지지하기 위해) 사용된 에너지원은, 예를 들어, 원자력, 수력, 태양열, 풍력, 또는 재생 가능한 방법일 수 있다. 일부 구현예에서, 화석 연료가 전기 히터 설비를 위한 전기를 생성하기 위해 사용될 수 있다. 그러나, 전기 생성을 위한 화석 연료의 사용은 전기 히터를 사용하는 것에 대한 환경적 이익에 대응할 수 있다. 추가적으로, 과잉의 전기가 전기 히터 또는 다른 곳에 사용될 때, 결과적으로 과잉된 열 에너지가 다시 전기로 전환될 수 있다(예컨대, 발전기 사용함).
나프타를 열분해하여 에틸렌을 생성할 때 전기 히터의 비에너지는 약 5700 KW/T(킬로와트/톤) 이하의 에틸렌일 수 있고, 에탄을 열분해하여 에틸렌을 생성할 때에는 약 4200 KW/T 이하의 에틸렌일 수 있다. 스팀이 히터에서 생성되지 않을 때, 회수 섹션에 전력을 제공하기 위하여 추가 에너지가 필요할 수 있다. 그러므로, 본 개시의 구현예에 따르면, 예열 구성요소(들), 전기 히터(들), 및 회수 구성요소(들)를 포함한 전체 설비 전체에서 전기 사용은 설비에서 사용될 수 있는 다양한 열분해 공정 및/또는 열분해될 수 있는 상이한 공급물을 설명하기 위해 사전에 계획될 수 있다.
본 개시의 구현예에 따르면, 설비 설계에는 또한 시동 조건에 대한 고려가 포함될 수 있다. 추가적으로, 계획에는 또한 열분해로부터 발생하는 스팀의 생성 및 소비의 고려, 예컨대, 총 에너지 소비를 특정 양 아래로 감소시키기 위해 생성되어야 하는 스팀 수준의 결정, 및 공정 스트림과의 열 교환으로부터 희석 스팀의 생성에 대한 고려가 포함될 수 있다. 예를 들어, 설비의 완전한 전기화로 인해, 외부 스팀은 최소량으로 감소될 수 있고, 설비가 적절하게 구성될 때 시동 보일러가 제거될 수 있는 가능성이 있다. 완전한 스팀 균형은 전기 히터에 대한 전력량을 결정하기 전에 결정될 수 있다. 예를 들어, 희석 스팀은 크래킹 히터의 에너지 균형이 크래킹 엄격성에 유의하게 영향을 미치지 않도록 과열될 수 있다. 희석 스팀은 공급물이 크래킹되는 것과 동일한 히터에서 과열되거나, 또는 희석 스팀은 별도의 히터에서 과열될 수 있다. 일체형 또는 별도의 희석 스팀 수퍼 히터의 선택은 이용 가능한 에너지에 따라 좌우될 수 있다.
열분해 설비(공급물을 열분해하기 위한 전기 히터, 회수 섹션, 및 선택적으로, 예열 섹션을 포함함)를 설계하는 방법에는 생성된 스팀의 양 및 열분해 설비에 의해 소비된 스팀의 양을 결정하는 단계, 공급물을 열분해하기 위해 열분해 설비에 의해 사용된 전력량을 결정하는 단계, 및 열분해 설비에 의해 사용된 전력량을 감소시키기 위하여 열분해 설비의 적어도 하나의 매개변수를 조정하는 단계가 포함된다. 열분해 설비에 의해 사용된 에너지의 양을 변경시키기 위해 조정될 수 있는 매개변수는 전기 히터에 대한 공급물의 교차 온도의 저하, 공급물의 교차 온도를 저하시키기 위해 적어도 하나의 추가 코일을 갖도록 전기 히터의 설계, 회수 섹션으로부터의 출구 온도의 증가, 회수 섹션에 의해 소비된 스팀의 양의 감소, 예열 섹션에 의해 소비된 스팀의 양의 증가, 및 위에서 논의된 다른 것들 중 적어도 하나로부터 선택될 수 있다.
열분해를 위해 전기 히터를 사용하는 것은 다른 산업에서(예컨대, 철광석 용융을 위해) 전기 히터가 사용될 때보다 열분해에 대해 더 많은 전력을 필요로 할 수 있다. 예를 들어, 다른 산업에서 전기 히터는 몇 킬로와트 정도의 최대 전력 소비를 가질 수 있지만, 탄화수소 공급물을 크래킹하기 위해 사용된 본원에 개시된 전기 히터의 전력 소비는 수 메가와트 정도일 수 있다. 그러므로, 본 개시의 방법에는 선택된 공급물을 여전히 열분해할 수 있으면서 최소량의 전력을 사용하기 위한 열분해 설비를 설계하는 단계가 포함될 수 있다. 일부 구현예에서, 전기 히터는 모듈화될 수 있으며 열분해 공정 및 공급물에 따라 설계 조정이 가능할 수 있다. 설비를 설계할 때 흡착/흡수와 같은 다른 분리 기법이 고려될 수 있다. 극저온 분리에 대한 대안이 이용 가능할 때, 소규모 화학 등급 올레핀이 이 경로를 사용하여 매우 매력적일 수 있다.
연소식 히터와 대조적으로, 전기 히터는 열분해 공정이 실행되는 내내 일정한 교차 온도를 유지할 수 있다. 추가적으로, 연소식 히터와 달리, 전기 히터는 낮은 내지 높은 엄격성 및 낮은 내지 높은 처리량에 대해 일정한 교차 온도를 유지할 수 있다.
추가로, 본 개시의 전기 히터는 연도 가스를 생성하지 않으므로, 복사 섹션(들) 및 유출물 냉각 섹션(들)만을 포함할 수 있다. 그러므로, 전기적 가열의 효율은 발화 가열의 효율보다 훨씬 우수할 수 있고, 여기서 전형적으로 복사 의무의 35 내지 45%가 가스 연료 가열에서 흡수된다. 열 손실을 제어함으로써(전기 히터는 가스 연료 가열에서 흡수된 복사 의무를 갖지 않음), 열을 생성하기 위해 사용된 전기 에너지의 95% 초과가 공정에서 흡수될 수 있다. 그러므로, 전기 히터의 반응 섹션 의무는 연소식 히터와 비교하여 상대적으로 작을 수 있다. 그러나, 연소식 히터에서 생성된 연도 가스는 반응 혼합물을 필요한 반응 유입구 온도(교차 온도, TXO)로 예열하기 위해 사용될 수 있는 반면, 전기 히터는 예열을 위한 연도 가스를 갖지 않는다. 연도 가스 예열을 포함한 전반적인 연료 효율(열 효율)은 약 94%일 수 있다. 연소식 히터를 사용할 때, 배터리 제한 조건으로부터 반응 조건까지 반응 혼합물을 가열하더라도, 추가 에너지는 연도 가스에 이용 가능하다. 연도 가스는 압축기 구동을 위해 회수 섹션에서 사용될 수 있는 고압 스팀을 생성하고 과열하기 위해 사용될 수 있다. 복사 효율은 낮지만, 연료 에너지의 열역학적 활용도는 훨씬 더 높다.
전기적 가열로는 연도 가스가 없기 때문에, 공정에 사용된 대부분의 열은 반응으로 갈 수 있다. 그러므로, 공정 중에 생성된 스팀의 양은 상당히 감소될 수 있다. 스팀 생성은 크래킹 과정에서 열을 재순환하기 위한(예컨대, 히터의 반응 섹션에 진입하기 전에 공급물을 예열하기 위한) 방법으로서 사용될 수 있고, 그로써 스팀 생성이 감소될 때, 다른 가열 옵션이 사용되어 스팀의 감소된 양을 상쇄할 수 있다. 예를 들어, 공급물의 추가 예열이 제2 전기 히터로 수행될 수 있다. 전체 열분해 설비(예컨대, 하나 이상의 주 반응 히터, 하나 이상의 회수 섹션(예컨대, 교환기), 하나 이상의 예열 섹션(예컨대, 예열 히터), 및/또는 후 처리 장비를 포함함)가 전기 에너지를 사용할 때, 예열 및 반응 가열의 최적화는 보다 효율적인 방식으로 실시될 수 있다. 예를 들어, 한 설비 장비 장치로부터(예컨대, 주 반응 전기 히터로부터) 생성된 열은 또 다른 설비 장비 장치로(예컨대, 예열 섹션으로) 재순환될 수 있다. 예열의 최적화는 또한 단일 전기 히터에 대해 수행될 수 있고, 여기서 반응기 유출물로부터의 열 에너지(고온)가 공급물을 예열하기 위해 및/또는 스팀을 생성하기 위해 사용될 수 있다.
현재, 에탄 크래커는 공급 속도(~2 kg SHP 과열 스팀 /Kg 에탄 공급물)와 비교하여 상당한 양의 스팀을 생성할 수 있다. 에탄 히터 또한 일종의 예열(이차 LTE)을 사용한다. 전기 히터를 사용하는 가스 크래킹의 경우, 전기 수요는 공급물을 가능한한 많은 유출물로 예열함으로써 감소될 수 있다. 추가 전기적 가열에 의해 수행될 수 있는 전기 히터를 사용할 때 일정 수준의 외부 반응 혼합물 예열이 수행될 수 있다. 어떤 상황 하에서는 이것이 주 반응 히터 또는 별도의 예열기에 포함될 수 있다. 전기 히터의 크기 및/또는 비용은 예열기 에너지(예컨대, 주 반응 히터 또는 별도의 예열기로부터의) 소싱 설계를 최적화하기 위한 전기 수요의 함수로서 간주될 수 있다.
전기적 가열로, 가열 속도는 균일할 수 있고, 입력된 열 유속은 전기 입력을 조작함으로써 조정될 수 있다. 최대 금속 온도는 코일의 끝 근처에서 발생할 수 있다. 일부 히터 설계로는 그림자 요소가 없다. 그러므로, 예상된 최대 튜브 금속 온도(TMT)는 연소식 히터로 관찰된 것보다 전기 히터에서 상당히 더 낮을 수 있다. 이것은 전기히터의 비용을 감소시킬 수 있다. 전기 히터를 사용하는 다른 이점으로는, 예를 들어, 제어 철학, 플롯 공간 모듈화, 등을 들 수 있다.
본원에서 기술된 것과 같이, 전기 히터는 종래의 연소식 히터를 능가하는 장점을 제공할 수 있다. 예를 들어, 전기 히터에서는, 경미한 손실만을 고려하면서 반응에 필요한 의무만이 공급될 수 있다(반면 연소식 히터에서는, 발화 의무의 대부분이 연도 가스에서 손실될 수 있다). 추가로, 전기 히터로부터의 반응기 유출물은 공급물을 예열하기 위해 사용될 수 있음으로써, 반응기에 공급된 총 의무가 감소될 수 있다. 전기 히터는 또한 연소식 히터(복사 섹션과 대류 섹션을 모두 포함함)와 비교할 때 보다 압축될 수 있다.
추가적으로, 전기 히터는 연소식 히터보다 제어된 가열을 제공할 수 있다. 예를 들어, 전기적 가열은 연소식 히터로부터의 가열보다 균일할 수 있고, 가열 속도는 연소식 히터와 비교할 때 전기 히터에서 더 잘 제어될 수 있다. 추가로, 전기 히터에서 선택된 코일은 선택적으로 제어될 수 있어서(예컨대, 단일 코일 또는 코일 그룹의 제어된 가열), 올레핀이 훨씬 더 선택적으로 생성될 수 있다.
안전성이 또한 전기 히터를 사용하여 개선될 수 있다. 대부분의 히터 사고는 시동 및 종료 중에, 종종 연료 안전 표준의 부적절한 취급으로 인해 발생한다. 전기 히터로는 연료가 사용될 수 없기 때문에, 연료 유형 안전 사고가 제거되거나 감소될 수 있다. 추가적으로, 본원에 개시된 구현예에 따르는 전기 히터의 구조가 종래의 히터와 비교될 때 간편화될 수 있기 때문에, 안전성은 높은 지진 지역에서 및 강한 바람이 불 때 그다지 중요하지 않을 수 있다(예컨대, 낮은 구조물 높이 및 연료의 비사용으로 인함).
본 개시가 제한된 수의 구현예를 포함하지만, 본 개시의 이익을 가진 기술분야에 숙련된 사람들은 본 개시의 범주로부터 벗어나지 않는 다른 구현예가 고안될 수 있음을 인지할 것이다. 따라서, 범주는 첨부된 청구범위에 의해서만 제한되어야 한다.
Claims (15)
- 탄화수소 공급물을 크래킹하기 위한 반응기로서,
히터의 반응 섹션을 규정하는 히터 챔버;
히터 챔버 내에 배치된, 전기적으로 동력을 받는 복수의 전기 가열 요소;
반응 섹션을 통해 공급물 유입구로부터 연장되는 적어도 하나의 코일; 및
적어도 하나의 코일에 유동적으로 연결된 유입구 및 유출물 출구를 포함하는 일차 교환기;
를 포함하는, 반응기. - 제1항에 있어서, 일차 교환기의 유출물 출구에 유동적으로 연결된 유입구를 갖는 이차 교환기를 추가로 포함하는 것인 반응기.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 일차 교환기는 스팀 출구 및 공급물 유입구로 향하는 스팀 흐름선을 추가로 포함하는 것인 반응기.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 반응 섹션으로부터 떨어진 곳에 있고 공급물 유입구의 하류에 있는 예열 섹션을 추가로 포함하며, 예열 섹션은 적어도 하나의 교환기를 포함하는 것인 반응기.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 공급물 유입구는 다수의 공급물 소스에 유동적으로 연결되는 것인 반응기.
- 탄화수소 공급물을 열분해하는 방법으로서,
전기 히터의 반응 섹션에서 적어도 하나의 코일에 탄화수소 공급물을 공급하는 단계;
전기 히터에서 전기 에너지를 사용하여 탄화수소 공급물을 반응 온도까지 가열하는 단계; 및
전기 히터로부터의 반응 출력물을 적어도 하나의 교환기로 보내어 반응 출력물을 냉각시키는 단계;
를 포함하는, 방법. - 제6항에 있어서, 적어도 하나의 교환기를 사용하여 반응 출력물로부터의 열을 회수하는 단계 및 회수된 열을 사용하여 탄화수소 공급물이 전기 히터에 공급되기 전에 탄화수소 공급물을 예열하는 단계를 추가로 포함하는 것인 방법.
- 제6항 또는 제7항에 있어서, 전기 히터의 적어도 하나의 코일 주위에 배치된 다수의 전기적 가열 요소를 사용하여 적어도 하나의 코일의 상이한 섹션을 선택된 온도로 선택적으로 가열하는 단계를 추가로 포함하는 것인 방법.
- 제6항 또는 제7항에 있어서, 다수의 상이한 유형의 공급물을 반응 섹션의 상이한 코일에 공급하는 단계 및 다수의 공급물로부터의 반응 출력물을 집합적으로 분리하는 단계를 추가로 포함하는 것인 방법.
- 제6항 또는 제7항에 있어서, 제2 탄화수소 공급물을 전기 히터에 공급하는 단계를 추가로 포함하고, 제2 탄화수소 공급물은 탄화수소 공급물과 상이한 조성을 가지는 것인 방법.
- 제6항 또는 제7항에 있어서,
밸브를 사용하여 적어도 하나의 코일 중 하나를 분리시키는 단계; 및
분리된 코일을 디코킹하는 단계
를 추가로 포함하는 것인 방법. - 공급물을 열분해하기 위한 전기 히터, 및 회수 섹션을 포함하는 열분해 설비를 설계하는 단계;
생성된 스팀의 양 및 열분해 설비에 의해 소비된 스팀의 양을 결정하는 단계;
공급물을 열분해하기 위하여 열분해 설비에 의해 사용된 전력의 양을 결정하는 단계; 및
열분해 설비에 의해 사용된 전력의 양을 감소시키기 위하여 열분해 설비의 적어도 하나의 매개변수를 조정하는 단계;
를 포함하는, 방법. - 제12항에 있어서, 적어도 하나의 매개변수를 조정하는 단계는 전기 히터에 대한 공급물의 교차 온도(cross over temperature)를 저하시키는 것을 포함하는 것인 방법.
- 제13항에 있어서, 공급물의 교차 온도를 저하시키기 위해 적어도 하나의 추가 코일을 가지도록 전기 히터를 설계하는 단계를 추가로 포함하는 것인 방법.
- 제12항 내지 제14항 중 어느 하나의 항에 있어서, 열분해 설비는 예열 섹션을 추가로 포함하며, 적어도 하나의 매개변수를 조정하는 단계는 회수 섹션으로부터의 출구 온도를 증가시키고, 회수 섹션에 의해 소비된 스팀의 양을 감소시키며, 예열 섹션에 의해 소비된 스팀의 양을 증가시키는 것을 포함하는 것인 방법.
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