JP-2026514874-A - 燃料及び／又は電気を用いるハイブリッド炉

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Abstract

装置は、輻射加熱部及び煙道ガス排気筒と、輻射加熱部内に配置された１つ以上のプロセスコイルと、輻射加熱部内に配置された１つ以上の燃料燃焼バーナであって、１つ以上の燃料燃焼バーナは、燃料を燃焼して燃焼ガスを生成するように構成されている、１つ以上の燃料燃焼バーナと、輻射加熱部内に配置された１つ以上の電気加熱要素であって、１つ以上の電気加熱要素は、１つ以上のプロセスコイルの低い位置に第２の輻射エネルギーを提供するように配列されている、１つ以上の電気加熱要素と、高い位置と低い位置との間の高さに位置する内部バッフルであって、内部バッフルは、１つ以上の燃料燃焼バーナからの火炎及び燃焼ガスから１つ以上の電気加熱要素を遮蔽するように配列されている、内部バッフルと、を含む。【選択図】図１Ａ及び図１Ｂ

Inventors

チャオ，バオジョン
ハート，エドゥアルド
スタンリー，スティーブン
スンダラム，カンダサミー
イン，アイジン
リー，シュエイン

Assignees

ルーマステクノロジーエルエルシー

Dates

Publication Date: 20260513
Application Date: 20240423
Priority Date: 20230424

Claims (18)

電気素子と燃焼バーナとの組み合わせ又はそれらの個別作動を用いた、石油、石油化学流体、化学プロセス流体、及びボイラ給水の加熱、又は蒸気生成のための装置であって、輻射加熱部及び燃焼ガスを大気中に排気するための煙道ガス排気筒と、前記輻射加熱部内に配置された１つ以上のプロセスコイルと、前記輻射加熱部内に配置された１つ以上の燃料燃焼バーナであって、前記１つ以上の燃料燃焼バーナは、燃料を燃焼させて、前記燃焼ガスを生成するように構成され、前記１つ以上の燃料燃焼バーナは、第１の輻射エネルギーを前記１つ以上のプロセスコイルの高い位置に提供するように配列されている、１つ以上の燃料燃焼バーナと、前記輻射加熱部内に配置された１つ以上の電気加熱要素であって、前記１つ以上の電気加熱要素は、第２の輻射エネルギーを前記１つ以上のプロセスコイルの低い位置に提供するように配列されている、１つ以上の電気加熱要素と、前記高い位置と前記低い位置との間の高さに位置する内部バッフルであって、前記内部バッフルは、前記１つ以上の燃料燃焼バーナからの火炎及び燃焼ガスから前記１つ以上の電気加熱要素を遮蔽するように配列された、内部バッフルと、を備え、前記１つ以上の電気加熱要素は、前記１つ以上の燃料燃焼バーナと前記１つ以上の電気加熱要素とを組み合わせた最大エネルギー出力の５％以上を提供するように構成されている、装置。
前記１つ以上の燃料燃焼バーナは、１つ以上の床バーナ、１つ以上の壁バーナ、又は床バーナと壁バーナとの組み合わせを含む、請求項１に記載の装置。
前記１つ以上の電気加熱要素と前記輻射加熱部の外壁の内面との間に配置された耐火材料を更に備える、請求項１に記載の装置。
前記１つ以上の電気加熱要素と前記耐火材料との間に配置された耐火コーティングを更に備える、請求項３に記載の装置。
前記内部バッフルは、前記高い位置と前記低い位置との間に開口部を提供するように構成されている、請求項１に記載の装置。
前記内部バッフルは、前記低い位置から前記高い位置を閉じるように構成されている、請求項１に記載の装置。
前記１つ以上の電気加熱要素は、１つ以上の電気接続部を更に含み、前記１つ以上の電気接続部は、前記輻射加熱部の外部に位置している、請求項１に記載の装置。
前記１つ以上の電気接続部のうちの少なくとも１つの上に燃焼空気を導き、前記１つ以上の燃料燃焼バーナに前記燃焼空気を提供するように構成された外部バッフルを更に備える、請求項７に記載の装置。
前記内部バッフル上に配置された第２の耐火材料を更に備える、請求項１に記載の装置。
前記１つ以上の電気加熱要素は、前記１つ以上のプロセスコイルから１２～１８インチのところに位置している、請求項１に記載の装置。
前記輻射加熱部の前記低い位置に配置された１つ以上のパージガス入口を更に備え、前記１つ以上のパージガス入口は、前記低い位置内の作業環境を維持するように構成されている、請求項１に記載の装置。
石油、石油化学流体、化学プロセス流体、及びボイラ給水を加熱するか又は蒸気生成のために、輻射加熱部と、前記輻射加熱部内の１つ以上のプロセスコイルと、煙道ガス排気筒と、を有する燃料燃焼加熱器を、電気加熱要素と燃料燃焼バーナとの組み合わせを含むように改造するためのプロセスであって、前記プロセスは、前記輻射加熱部の低い位置に配置された１つ以上の燃料燃焼バーナを除去することと、前記輻射加熱部の高い位置に配置された１つ以上の燃料燃焼バーナを保持することと、前記輻射加熱部の前記低い位置に１層以上の耐火材料を配置することと、前記１層以上の耐火材料の表面に近接して、前記輻射加熱部の前記低い位置に１つ以上の電気加熱要素を配置することであって、前記１つ以上の電気加熱要素は、前記１つ以上のプロセスコイルから１２～１８インチの距離に配置される、配置することと、前記高い位置と前記低い位置との間に内部バッフルを配置することであって、前記内部バッフルは、前記１つ以上の燃料燃焼バーナからの火炎及び燃焼ガスから前記１つ以上の電気加熱要素を遮蔽するように構成されている、配置することと、を含む、プロセス。
前記１つ以上の電気加熱要素と前記１層以上の耐火材料との間に耐火遮蔽材料を設けることを更に含む、請求項１２に記載のプロセス。
前記輻射加熱部の前記低い位置に１つ以上のパージガス入口を配置することを更に含み、前記１つ以上のパージガス入口は、前記低い位置内の作業環境を維持するように構成されている、請求項１２に記載のプロセス。
輻射加熱ゾーン及び対流加熱ゾーンを含むクラッキング加熱器を改造する方法であって、前記輻射加熱ゾーンは、床と、前記床に配置された床バーナと、第２の壁と対向する第１の壁を含む耐火壁と、前記第１の壁及び前記第２の壁の高さに沿って配置された壁バーナと、前記第１の壁と前記第２の壁との中間の前記輻射加熱ゾーン内に配置された輻射コイルと、を含み、前記方法は、中間床を壁バーナより下方の高さに設置することと、第２の耐火壁を前記床から前記中間床まで設置することと、床バーナを前記床から前記中間床に移動させることと、前記第２の耐火壁の高さに沿って１つ以上の電気加熱要素を設置することと、を含む、方法。
前記第２の耐火壁は、前記耐火壁よりも前記輻射コイルに近い、請求項１５に記載の方法。
前記中間床及び前記第２の耐火物は、前記１つ以上の電気加熱要素の上方にブルノーズを画定し、前記ブルノーズは、前記輻射加熱ゾーンの低い位置を前記輻射加熱ゾーンの高い位置から分離する、請求項１５に記載の方法。
前記床に近接してパージ空気入口を設置することを更に含む、請求項１５に記載の方法。

Description

製油産業及び石油化学産業では、加熱器は、主に燃料燃焼式である。現在の燃焼加熱器は、炭化水素燃料を燃焼させる際に二酸化炭素を発生させ、これが地球温暖化につながる温室効果ガスの供給源となっている。したがって、炭化水素燃料燃焼加熱器からの脱却が一般的に望まれている。しかしながら、電気加熱器は、現時点では相対的に小容量に限られており、大容量用途向けに現在はまだ開発中である。しかしながら、いずれの加熱器も、燃料燃焼バーナと電気加熱要素との共存、すなわち燃料燃焼及び電力の両方を備えたハイブリッドエネルギー投入を有するようには設計されていない。電気加熱要素及び燃料バーナの両方が加熱器に設置されている場合、バーナからの強烈な燃焼は、過熱又は浸炭に起因して電気加熱要素を損傷する傾向がある。電気加熱のみに移行する場合、いくつかの課題が存在する。更に、電気加熱器は、燃料を直接燃焼しないので、煙道ガスが生じることがない。電気加熱器には、他の使途の中でも、蒸気生成用の追加熱を取り込んで予熱を供給するために従来使用されていた対流部がない。電力が失われると、電気加熱器を停止しなければならず、プラント作動が中断されるか、又は突然の作動条件の変化に起因して機器が損傷することとなる。したがって、当該技術分野では、温室効果ガスの生成を低減させながらも、作動の継続性を提供する加熱器の必要性が存在する。この「発明の概要」は、以下の「発明を実施するための形態」で更に説明される様々な概念を紹介するために提供されている。この「発明の概要」は、特許請求される主題の重要な又は本質的な特徴を特定することを意図するものでもなく、特許請求される主題の範囲を限定する際の補助として用いられることを意図するものでもない。一態様では、本明細書で開示される実施形態は、電気素子と燃焼バーナとの組み合わせ又はそれらの個別作動を用いた、石油、石油化学流体、化学プロセス流体、及びボイラ給水の加熱、又は蒸気生成のための装置に関する。本装置は更に、輻射加熱部及び燃焼ガスを大気に排気するための煙道ガス排気筒と、輻射加熱部内に配置された１つ以上のプロセスコイルと、輻射加熱部内に配置された１つ以上の燃料燃焼バーナであって、１つ以上の燃料燃焼バーナは、燃料を燃焼して燃焼ガスを生成するように構成され、１つ以上の燃料燃焼バーナは、１つ以上のプロセスコイルの高い位置に第１の輻射エネルギーを提供するように配列された、１つ以上の燃料燃焼バーナと、輻射加熱部内に配置された１つ以上の電気加熱要素であって、１つ以上の電気加熱要素は、１つ以上のプロセスコイルの低い位置に第２の輻射エネルギーを提供するように配列された、１つ以上の電気加熱要素と、高い位置と低い位置との間の高さに位置する内部バッフルであって、内部バッフルは、１つ以上の燃料燃焼バーナからの火炎及び燃焼ガスから１つ以上の電気加熱要素を遮蔽するように配列された、内部バッフルと、を含む。１つ以上の電気加熱要素は、１つ以上の燃料燃焼バーナと１つ以上の電気加熱要素とを組み合わせた最大エネルギー出力の５％以上を提供するように構成されている。他の態様では、本明細書に開示される実施形態は、石油、石油化学流体、化学プロセス流体、及びボイラ給水を加熱するか又は蒸気生成のために、輻射加熱部と、輻射加熱部内の１つ以上のプロセスコイルと、煙道ガス排気筒と、を有する燃料燃焼加熱器を、電気加熱要素と燃料燃焼バーナとの組み合わせを含むように改造するためのプロセスに関する。本プロセスは、輻射加熱部内の低い位置に配置された１つ以上の燃料燃焼バーナを除去することと、輻射加熱部内の高い位置に配置された１つ以上の燃料燃焼バーナを保持することと、輻射加熱部内の低い位置に１層以上の耐火材料を配置することと、１層以上の耐火材料の表面に近接して輻射加熱部の低い位置に１つ以上の電気加熱要素を配置することであって、１つ以上の電気加熱要素は、１つ以上のプロセスコイルから１２～１８インチの距離に配置されている、配置することと、高い位置と低い位置との間に内部バッフルを配置することであって、内部バッフルは、１つ以上の燃料燃焼バーナからの火炎及び燃焼ガスから１つ以上の電気加熱要素を遮蔽するように構成される、配置することと、を含む。更に別の態様では、本明細書に開示される実施形態は、輻射加熱ゾーン及び対流加熱ゾーンを含むクラッキング加熱器を改造する方法に関し、輻射加熱ゾーンは、床と、床内に配置された床バーナと、第２の壁と対向する第１の壁を含む耐火壁と、第１の壁及び第２の壁の高さに沿って配置された壁バーナと、第１の壁と第２の壁との中間の輻射加熱ゾーン内に配置された輻射コイルと、を含む。本方法は、壁バーナより下方の高さに中間床を設置することと、床から中間床まで第２の耐火壁を設置することと、床バーナを床から中間床まで移動させることと、第２の耐火壁の高さに沿って１つ以上の電気加熱要素を設置することと、を含む。特許請求される主題の他の態様及び利点は、以下の説明及び添付の特許請求の範囲から明らかであろう。本明細書の実施形態による様々なハイブリッド加熱器設計を示す図である。本明細書の実施形態による様々なハイブリッド加熱器設計を示す図である。本明細書の実施形態による様々なハイブリッド加熱器設計を示す図である。本明細書の実施形態による様々なハイブリッド加熱器設計を示す図である。本明細書の実施形態による様々なハイブリッド加熱器設計を示す図である。本明細書の実施形態による様々なハイブリッド加熱器設計を示す図である。本明細書の実施形態による様々なハイブリッド加熱器設計を示す図である。本明細書の実施形態による様々なハイブリッド加熱器設計を示す図である。本明細書の実施形態による様々なハイブリッド加熱器設計を示す図である。本明細書の実施形態による様々なハイブリッド加熱器設計を示す図である。本明細書の実施形態による様々な加熱要素設計を示す図である。本明細書の実施形態による様々な加熱要素設計を示す図である。本明細書の実施形態による様々な加熱要素設計を示す図である。本明細書の実施形態による様々な加熱要素設計を示す図である。本明細書の実施形態による様々な加熱要素設計を示す図である。本明細書の実施形態によるハイブリッド加熱設計を示す図である。本明細書の実施形態によるハイブリッド加熱設計を示す図である。一態様では、本明細書に開示される実施形態は、燃料燃焼バーナ及び電気加熱要素の両方の組み合わせを提供する加熱器に関する。本明細書の実施形態は、同じチャンバ内に燃料燃焼バーナ及び電気加熱要素を有し、加熱器は、燃料バーナ、加熱要素、又はその両方を同時に作動させることができる。本明細書のいくつかの実施形態による、電気加熱要素と燃料燃焼バーナとの組み合わせ又はそれらの個別作動を用いた、石油、石油化学流体、化学プロセス流体、及びボイラ給水の加熱、又は蒸気生成／過熱のための加熱器は、輻射加熱部、対流加熱部、及び煙道ガス排気筒を含む。輻射部は、壁バーナ及び床バーナのうちの一方又は両方を含むなどの１つ以上の燃料燃焼バーナと、金属、非金属、又は金属と非金属との組み合わせであり得る１つ以上の電気加熱要素とを含み、バーナ及び電気加熱要素のそれぞれは、輻射熱を、加熱器の輻射部内に配置された１つ以上のプロセス又はユーティリティストリーム（本明細書の加熱コイル、輻射コイル、又はプロセスコイル）に提供するように配列及び構成されている。加熱器の対流部は、燃料燃焼バーナによって生成される燃焼ガスを受け入れるように構成され、いくつかの実施形態では、対流熱を、加熱器の対流部内に配置及び配列された１つ以上のプロセス又はユーティリティストリーム（対流コイル）に提供するように更に構成されている。煙道ガス排気筒は、典型的な炉と同様に構成され、対流加熱部から（熱を除去した）燃焼ガスを受け入れ、燃焼ガスを大気中に排気する。いくつかの実施形態では、１つ以上の燃料燃焼バーナは、輻射エネルギーを１つ以上のプロセスコイルの第１の部分又は第１の領域に提供するように配列されている。更に、輻射加熱部内に配置された１つ以上の電気加熱要素は、輻射エネルギーを１つ以上のプロセスコイルの第２の部分又は第２の領域に提供するように配列されている。例えば、様々な実施形態では、燃料燃焼バーナ及び電気加熱要素は、熱を異なるコイルに提供するように配列されてもよいか、輻射熱を同じ若しくは異なるコイルの異なる高さに提供するように、加熱器内で垂直に配列されてもよいか、又は輻射熱を異なるコイル若しくはコイルの異なる部分に提供するように、加熱器内で水平に配列されてもよい。異なる高さでの加熱は、例えば、加熱器内の低い位置に電気加熱要素を配置し、電気加熱要素の上方に垂直に燃料燃焼バーナを配置することによって提供されてもよい。このようにして、主に上向きに排気する燃焼生成物は、結果として電気加熱要素上に煤煙又は燃焼生成物の堆積をもたらし得ない。他の実施形態では、１つ以上の燃料燃焼バーナは、輻射エネルギーを１つ以上のプロセスコイルの第１の高さに提供するように配列されている。更に、輻射加熱部内に配置された１つ以上の電気加熱要素は、輻射エネルギーを１つ以上のプロセスコイルの第２の高さに提供するように配列されている。例えば、プロセスコイルは、１つ以上の燃料燃焼バーナ及び１つ以上の電気加熱要素の両方の中間に（間に）配置されてもよい。したがって、燃料燃焼バーナからの輻射エネルギーは、プロセスコイルの第１の高さに当たって加熱し得る一方、電気加熱要素からの輻射エネルギーは、プロセスコイルの第２の高さに当たって加熱し得る。したがって、本明細書の実施形態は、燃料燃焼バーナ、電気加熱要素、又はバーナと加熱要素との両方からの輻射エネルギーを介して、輻射エネルギーをプロセスコイルに提供するように構成及び配列されている。そのような構成は、加熱器が、燃料燃焼を伴って、若しくは電気加熱によって補われる部分的な燃料燃焼を伴って、又は完全に電気加熱によって作動されることを可能にする。温室効果ガスの排出の低減が可能になり、燃焼排気からの廃熱は、対流部を介して補助ストリームの供給原料予熱によって回収することができる。Ｈ２又はＮＨ３のような無炭素燃料が使用される実施形態では、煙道ガス排気筒からの温室効果ガスの排出が全くない。より重要なことに、燃料燃焼バーナを作動させることによって停電時に、又は電気加熱要素を作動させることによって燃料供給不足でも、加熱器及び関連機器を作動させ続けることができる。先に概説したように、本明細書の実施形態は、輻射エネルギーを電気加熱要素から直接プロセスコイルに提供することを含んでもよい。加熱器の適切な設計は、電気加熱要素の所望しない過熱又は浸炭を制限又は防止し得る。電気加熱要素のバーナからの輻射エネルギーへの曝露、及び電気加熱要素の燃焼生成物への曝露は、例えば、加熱要素とバーナとの垂直配列、遮蔽壁、遮蔽タイル、若しくは遮蔽チューブを介した電気加熱要素の部分的若しくは完全な遮蔽、又はこれらの設計上の考慮事項のうちの２つ以上の様々な組み合わせなどの設計上の考慮事項によって制限され得る。いくつかの実施形態では、加熱器は、対流部を装備していなくてもよく、ただ煙道ガス排気筒を通して直接燃焼ガスを排気してもよい。他の実施形態では、高温の煙道ガスは、外部ガス流体熱交換器又は廃熱ボイラなどの他の熱回収ユニットに送られてもよい。例えば、いくつかの実施形態では、電気加熱要素は、高温材料によって遮蔽されており、燃料の燃焼及び排気ガスが電気加熱要素に直接接触しない。別の例として、電気加熱要素は、１つの要素又は要素の群から別の要素に様々な加熱量を提供するように構成されてもよい。このような例では、電気加熱要素の熱プロファイルは、電気加熱要素が配置される高さにお