JP2005531684A - 重炭化水素供給原料の水蒸気分解処理 - Google Patents

Abstract

不揮発性炭化水素を包含する重質炭化水素供給原料を供給又は分解する処理であって、重質炭化水素供給原料を加熱して、この重質炭化水素を流体及び／又は一次希釈スチームストリームと混合して混合体を形成し、この混合体をフラッシュして蒸気相と液相とを形成し、処理の少なくとも１つの選択された操作パラメータ、例えばフラッシュドラムへ入る前のフラッシュストリームの温度に従って重質炭化水素と混合される液体の量を変化させる

Description

発明の背景

発明の分野
本発明は、比較的に不揮発性の炭化水素及び他の汚染物を包含する炭化水素の分解に関する。

背景及び関連技術の説明
水蒸気分解は、様々な炭化水素供給原料をオレフィンへ分解することに長らく用いられてきた。従来の水蒸気分解は、２つの主要な区画、即ち対流区画及び放射区画を有する炉を用いる。炭化水素供給原料は通常は炉の対流区画へ液体として入り（蒸気として入る軽供給原料は除く）、通常は、放射区画からの温排ガスとの間接接触により、或いは水蒸気との直接接触により加熱されて気化される。気化された供給原料と水蒸気との混合体は放射区画へ導入されて、ここで分解がなされる。結果的なオレフィンは、例えばクエンチングなどの更なる下流処理のために炉を離れる。

従来の水蒸気分解システムは、オイルやナフサなどの軽揮発炭化水素の大きな留分を包含する高品位供給原料の分解のためには効果的であった。しかしながら、水蒸気分解の経済性は、例えば非限定的な例として原油、大気中残留物などの低コスト重供給原料の分解にも好都合なこともある。原油及び大気中残留物は、高分子重量であって沸点が１１００°Ｆ（５９０℃）を超える不揮発性成分を包含する。これら供給原料の不揮発性成分は、通常の熱分解炉の対流区画にコークとして溜まる。軽量成分が完全に気化する点の下流の対流区画では、極めて低レベルの不揮発成分のみが許容される。更に、若干のナフサは輸送中に不揮発性成分を包含する重原油で汚染される。従来の分解炉は、不揮発性炭化水素成分で汚染された多くの残留物又は原油汚染ガス油又はナフサを処理する柔軟性は有さない。

このようなコーキング問題を解決するために、米国特許第３，６１７，４９３号（これは参照により本明細書に組み込まれている）は、原油原料のための外部気化ドラムの使用を開示すると共に、蒸気としてナフサを除去する第１のフラッシュ及び４５０°Ｆと１１００°Ｆ（２３０℃と６００℃）との間の沸点で蒸気を除去する第２フラッシュの使用を開示する。蒸気は分解炉内でオレフィンへ分解されて、２つのフラッシュタンクからの分離液体が除去され、水蒸気でストリップされて、燃料として使用される。

米国特許第３，７１８，７０９号（これは参照により本明細書に組み込まれている）はコーク堆積を最小化する処理を開示する。これは分解炉の内側又は外側で重質原料の予熱を与え、過熱蒸気により重質原料の約５０％を気化して、残留液体の除去を与える。主に軽質揮発性炭化水素を包含する気化炭化水素は分解を受ける。

米国特許第５，１９０，６３４号（これは参照により本明細書に組み込まれている）は、対流区画内の水素の小さな臨界量の存在における原料の予熱により炉内のコーク形成を抑制する方法を開示する。対流区画における水素の存在は炭化水素の重合化反応を抑制するので、コーク形成を抑制する。

米国特許第５，５８０，４４３号（これは参照により本明細書に組み込まれている）は、原料が先ず予熱されて分解炉の対流区画におけるプレヒーターから引き抜かれる処理を開示する。この予熱された供給原料は所定量の水蒸気（希釈スチーム）と混合されて、気体液体分離機へ導入されて、不揮発性成分の必要な割合が分離機から液体として分離されて除去される。気体液体分離機からの分離蒸気は過熱及び分解のために分解炉へ復帰する。

本発明の発明者は、フラッシュを用いて、分解炉で分解可能な軽質揮発性炭化水素から重質不揮発性炭化水素を分離するには、不揮発性炭化水素の除去効率を最大にすることが重要であると認識している。換言すれば、重質コーク形成不揮発性炭化水素が蒸気相に随伴して、炉の塔頂へ運ばれてコーキング問題を形成する。

本願の発明者は、コーキング問題を伴うことなく分解炉内で処理できる炭化水素供給原料の軽い留分から不揮発成分を分離するためのフラッシュの使用においては、フラッシュを離れる蒸気と液体との比を注意深く制御することが重要であることも認識している。換言すれば、炭化水素供給原料の貴重な軽質留分が液体炭化水素ボトムで失われるか、或いは重コーク形成成分が蒸気化されてオーバーヘッドとして炉へ運ばれてコーキング問題を起こしてしまう。

フラッシュを離れる蒸気と液体との比の制御は、様々な変数が関係しているので困難であることが解っている。この蒸気対液体の比は、フラッシュにおける炭化水素局所圧の関数であって、フラッシュへ入来するストリームの温度の関数でもある。フラッシュへ入来するストリームの温度は、炉の負荷変動に応じて変化する。この温度は炉が全負荷のときは高く、炉が部分的負荷のときは低い。フラッシュへ入来するストリームの温度は、供給原料を熱する炉内の排ガス温度によっても変動する。排ガス温度はまた炉内で起こるコーキングの度合によっても変動する。炉が清浄であるかコーク形成が極めて軽度であれば、排ガス温度は炉が重度にコーク化されているときよりも低い。排ガス温度は炉のバーナーでなされた燃焼制御の関数でもある。炉が排ガスにおける低レベルの過剰酸素で作動するとき、対流区画の中間乃至上部領域における排ガス温度は、炉が排ガスにおける高レベルの過剰酸素で作動するときよりも低くなる。これら全ての変数によれば、フラッシュを離れる蒸気と液体との一定比を制御するのは困難である。

本発明は重炭化水素供給原料に包含された不揮発性炭化水素の分解を最適化すると共に、コーキング問題を低減して回避するように有益に制御された処理を提供する。本発明は、フラッシュへ入来するストリームの比較的に一定の温度を維持することによりフラッシュを出る蒸気と液体との比較的に一定の比を保持する方法を与える。更に詳しくは、フラッシュストリームの一定温度は、フラッシュに先立って重炭化水素供給原料と混合された流動ストリームの量を自動的に調整することにより維持される。流体は選択的には水である。

本発明はフラッシュストリームの比較的に一定の炭化水素局所圧力を維持する方法も与える。この一定炭化水素局所圧力は、フラッシュ圧力と、炭化水素供給原料に対する流体及び水蒸気の比とを制御することにより維持される。

発明の概要
本発明は、重質炭化水素供給原料を加熱するための処理を与え、これは重質炭化水素を加熱し、重質炭化水素を液体と混合して混合体を形成し、その混合体をフラッシュさせて蒸気相及び液相を形成し、処理の少なくとも１つの選択された操作パラメータに従って重質炭化水素と混合された液体の量を変化させて、蒸気相を炉へ供給する。流体は液体炭化水素又は水とすることができる。

一つの実施形態によれば、少なくとも一つの操作パラメータは、加熱重質炭化水素がフラッシュされる前のその温度としてもよい。少なくとも一つの操作パラメータは、フラッシュ圧力、フラッシュストリームの温度、フラッシュストリームの流量率、及び排ガスにおける過剰酸素のうちの少なくとも一つとしてもよい。

好ましい実施形態においては、重質炭化水素はフラッシュの前に一次希釈スチームストリームと混合される。更に、第２希釈スチームは炉内で過熱でき、重質炭化水素と混合される。

本発明は炉内の重質炭化水素供給燃料を分解する処理も与え、その炉は、輻射熱及び高排ガスを与える輻射区画バーナーと、多段熱交換管列からなる対流区画とからなり、この処理は、
（ａ）重質炭化水素供給燃料を予熱して予熱重質炭化水素供給燃料を形成し、
（ｂ）予熱重質炭化水素供給燃料を水と混合して水重質炭化水素混合体を形成し、
（ｃ）一次希釈スチームを水重質炭化水素混合体へ射出して混合体ストリームを形成し、
（ｄ）熱交換管列内の混合体ストリームを高温排ガスとの間接熱転移により加熱して高温混合体ストリームを形成し、
（ｅ）高温混合体ストリームの温度を制御し、水の流量率及び一次希釈スチームの流量率を変化させることにより水蒸気の炭化水素に対する比を制御し、
（ｆ）フラッシュドラム内の高温混合体ストリームをフラッシュし、蒸気相及び液相を形成して蒸気相を液相から分離し、
（ｇ）蒸気相を炉の対流区画へ供給し、炉の輻射区画からの高温排ガスにより更に加熱して加熱蒸気相を形成し、
（ｈ）加熱蒸気相を炉の輻射区画管へ供給し、ここで蒸気相内の炭化水素を熱的に分解して輻射熱に起因する生成物を形成する。

発明の詳細な説明
特に断らない限り、全てのパーセンテージ、割合、比その他は、重量部により記載する。特に断らない限り、組成又は成分に対する基準は、それ自身の組成又は成分、及び組成の混合物のような他の組成又は成分との組み合わせを含む。

更に、量、凝縮、又は他の値或いはパラメータが好ましい上限値及び好ましい下限値のリストとして与えられた場合には、範囲が個別に開示されたか否かに関らず、好ましい上限値及び好ましい下限値の任意の対から形成された全ての範囲を特に開示するものとして理解されたい。

本明細書で用いられるように、不揮発性成分は以下のように測定できる。炭化水素供給原料の沸点分布はＡＳＴＭ Ｄ−６３５２−９８によるガスクロマトグラフ抽出（ＧＣＤ）又は他の適切な方法により測定された。不揮発性成分はＡＳＴＭ Ｄ−６３５２−９８により測定された１１００°Ｆ（５９０℃）以上の公称沸点を有する炭化水素の断片である。この発明は、１４００°Ｆ（７６０℃）以上の公称沸点を有する不揮発性について非常に良好に働く。

本発明は重炭化水素供給原料の加熱及び水蒸気分解のための処理に関する。この処理は、重炭化水素を加熱し、重炭化水素を流体と混合して混合体を形成し、混合体をフラッシングして蒸気相及び液相を形成し、重炭化水素に混合された液体の量を処理の少なくとも１つの選択された操作パラメータに従って変化させることを含む。

特記すると、供給原料は、大きな部分、即ち約５乃至５０％の重不揮発性成分を含む。このような供給原料は、非限定的な例として、以下の少なくとも１つを含む。即ち水蒸気分解ガスオイル及び残留物、加熱オイル、ジェット燃料、ディーゼル、灯油、ガソリン、コーカーナフサ、水蒸気分解ナフサ、触媒分解ナフサ、水素化分解、改質油、ラフィネート改質油、フィッシャー・トロップシュ液体、フィッシャー・トロップシュガス、天然ガソリン、留出物、処女ナフサ、原油、大気パイプスチールボトム、ボトムを含む真空パイプスチールストリーム、広範な沸点範囲のナフサ対ガスオイル凝縮体、精製所からの重非処女炭化水素ストリーム、真空ガスオイル、重ガスオイル、原油で汚染されたナフサ、大気残油、重残油、Ｃ４／残留物混合体、ナフサ残留物物混合体である。

重炭化水素供給原料は少なくとも６００°Ｆ（３１５℃）の公称エンド沸点を有する。好ましい供給原料は、低硫黄蝋質残油、大気残油、原油で汚染されたナフサである。最も好ましい残油は、１１００°Ｆ（５９０℃）より低い沸点を有する６０乃至８０％成分からなる残油であり、例えば低硫黄蝋質残油である。

重炭化水素供給原料は上部対流区画３にて先ず予熱される。重炭化水素供給原料の加熱は当業者に公知の任意の形態を採ることができる。しかしながら、加熱は、炉の対流区画における供給原料と炉１の輻射区画からの高温排ガスとの間接接触からなることが好ましい。これは例えば、熱分解炉３の上部対流区画１内に位置する熱交換管列２に供給原料を通過させることにより達成できるが、この例に限定されるものではない。予熱供給原料の温度は、３００°Ｆと５００°Ｆとの間（１５０℃と２６０℃との間）である。好ましくは、加熱供給原料の温度は約３２５乃至４５０°Ｆ（１６０℃乃至２３０℃）であり、より好ましくは３４０°Ｆと４２５°Ｆとの間（１７０℃と２２０℃との間）である。

予熱重炭化水素供給原料は流体と混合される。この流体は液体炭化水素、水、水蒸気、又はそれらの混合体とすることができる。好ましい流体は水である。流体の温度は、予熱供給原料の温度に対し、それよりも低く、等しく、又はそれより高くするができる。

予熱重炭化水素供給原料と流体との混合は、分解炉１の内部でも外部でも生じさせることができるが、炉の外部で生じさせることが好ましい。この混合は当該技術分野で公知の任意のミキシングデバイスを用いて達成できる。しかしながら、混合のためには複多孔分散管アセンブリ９の第１多孔分散管４を使用することが好ましい。第１多孔分散管４は好ましくは内側多孔質導管３１を含み、これは外側導管３２により囲繞されて、内側導管と外側導管との間に環状流れ空間３３を形成する。好ましくは、予熱重炭化水素供給原料は環状流れ空間内を流れ、流体は内側導管を通じて流れ、内側導管の開口（好ましくは小さな円形の孔）を通じて供給原料へ注入される。第１の多孔分散管４は、流体が予熱重炭化水素へ導入された際に流体の急激な蒸気化に起因するハンマーリング(hammering)を避けるか低減させるために設けてある。

本発明は処理の様々な部分でスチームストリームを使用する。一次希釈スチームストリーム１７は後述のように予熱重炭化水素供給原料と混合される。好ましい実施形態においては、二次希釈スチームストリーム１８が対流区画で調製されて、フラッシュの前に重炭化水素流体一次希釈スチーム混合体と混合される。二次希釈スチーム１８は選択的にバイパススチーム２１及びフラッシュスチーム１９へ分割される。

本発明による好ましい実施形態においては、予熱重質供給原料と混合された流体に加えて、一次希釈スチーム１７も供給原料と混合される。一次希釈スチームストリームは好ましくは第２多孔分散管８へ注入される。好ましくは一次希釈スチームストリームは、結果的なストリーム混合体が輻射区画排ガスによる付加的な加熱のために１１において対流区画へ入る前に、重炭化水素流体混合体へ注入される。更に好ましくは、一次希釈スチームが第２多孔分散管８へ直接に注入されて一次希釈スチームが多孔分散管を通過して、小さな円形流れ分布孔３４を通じて炭化水素供給原料流体混合体へ注入される。

一次希釈スチームは重炭化水素流体混合体より高温か、低いか、或いはほぼ同じ温度を持つことができるが、好ましくは混合体よりも高く、供給原料／流体混合体を部分的に蒸気化させるために働く。好ましくは、一次希釈スチームは第２多孔分散管８へ注入される前に過熱させる。

第２多孔分散管８を離れる流体、予熱重炭化水素供給原料、及び一次希釈スチームストリームの混合体は、フラッシュの前に分解炉において再度加熱される。この加熱は、非限定的な例として、供給原料混合体を炉の対流区画内に配置された熱交換管列６に通過させ、ひいては炉の輻射区画からの高温排ガスによって加熱されることにより達成される。このように加熱された混合体は、付加的なスチームストリームと更に混合されるべき混合体ストリーム１２として対流区画を離れる。

選択的に、二次希釈スチームストリーム１８は、蒸気相が炉の輻射区画で壊される前にフラッシュからの蒸気相で混合するのに代えて、フラッシュの前に重炭化水素混合体１２と混合されたフラッシュスチームストリーム１９と、重炭化水素混合体のフラッシュを迂回するバイパススチームストリーム２１とに分割することができる。本発明は、バイパススチーム２１を伴わずにフラッシュスチームとして使用される全ての二次希釈スチーム１８で操作することができる。代替的に、本発明は、フラッシュスチーム１９を伴わずにバイパススチーム２１へ指向された二次希釈スチーム１８で操作できる。本発明による好ましい実施形態においては、フラッシュスチームストリーム１９とバイパススチームストリーム２１との比は好ましくは１：２０乃至２０：１であり、最も好ましくは１：２乃至２：１である。フラッシュスチーム１９は、フラッシュドラム５におけるフラッシュの前に重炭化水素混合体１２と混合されてフラッシュストリーム２０を形成する。好ましくは、二次希釈スチームストリームは、分割及び重炭化水素混合体との混合の前に炉の対流における過熱区画で過熱される。重炭化水素混合体ストリーム１２へのフラッシュスチームストリーム１９の添加は、フラッシュストリーム２０がフラッシュドラム５へ入る前に混合体の揮発性成分の殆ど全ての蒸気化を保証する。

流体と、供給原料と、一次希釈スチームストリーム（フラッシュストリーム２０）との混合体は、次いで２つの相、即ち、主に揮発性炭化水素からなる蒸気相と主に非揮発性炭化水素からなる液相とへの分離のためにフラッシュドラム５へ導入される。蒸気相はオーバーヘッド蒸気ストリーム１３としてフラッシュドラムから除去されるのが好ましい。好ましくは蒸気相は、付加的な加熱のために、また分解のための分解炉の輻射区画へ交叉管を通じて炉の下部対流区画２３へ戻される。分離の液相はフラッシュドラム５から底部ストリーム２７として除去される。

フラッシュドラム５における蒸気の液体に対する所定の一定比を維持することが好ましい。しかし、このような比は測定及び制御するのが難しい。これに代えて、フラッシュドラム５の前の混合体ストリーム１２の温度を間接的パラメータとして用いて、フラッシュドラム５における蒸気の液体に対する所定の一定比を測定、制御、及び維持する。理想的には、混合体ストリーム温度が高い場合には、より多くの揮発性炭化水素が蒸気化されて蒸気相として分解のために利用可能となる。しかしながら、混合体ストリーム温度が非常に高い場合には、より多くの重炭化水素が蒸気相に表れて対流炉チューブへ輸送されるので、結果的にチューブがコーキングされる。混合体ストリーム１２の温度が非常に低い、即ちフラッシュドラム５における蒸気の液体に対する比が低いならば、より多くの揮発性炭化水素が液層に留まるので、分解には利用できない。

混合体ストリーム温度は、供給原料における揮発成分の高い回復／蒸気化により制限される一方、炉チューブにおけるコーキング又は混合体をフラッシュドラムから炉１３へ運ぶ管系及び導管におけるコーキングを回避する。混合体を下部対流区画１３へ輸送する管系、導管、及び連絡管系２４に跨る圧力降下、並びに下部対流区画２３を通る温度上昇は、コーキング問題の兆候を検出するように監視される。例えば、クロスオーバー圧力と、各対流区画２３への処理入口圧力とがコーキングに起因して迅速に増大を開始するとき、フラッシュドラム５及び混合体ストリーム１２における温度は低減されねばならない。コーキングが下部対流区画において生じるならば、過熱器１６への排ガスの温度は増大し、より多くの過熱低減水２６が必要になる。

混合体ストリーム１２温度の選択は供給原料材料の成分によっても定められる。供給原料が高量の軽炭化水素を包含するとき、混合体ストリーム１２の温度は低く設定できる。その結果、第１の多孔分散管４において使用した流体の量は増大するか、及び／又は第２の多孔分散管８において使用した流体の一次希釈スチームの量が減少する。これは、それらの量が混合体ストリーム１２の温度へ直接に影響するためである。供給原料が高量の不揮発性炭化水素を包含するとき、混合体ストリーム１２の温度は高く設定されねばならない。結果として、第１の多孔分散管４に使用された流体の量は減少し、一方、第２の多孔分散管８に使用された一次希釈スチームの量は増大する。混合体ストリーム温度を注意深く選択することにより、本発明は供給原料材料の広範な適用例を見出すことができる。

代表的には、混合体ストリーム１２の温度は６００°Ｆと９５０°Ｆとの間（３１５℃と５１０℃との間）、好ましくは７００°Ｆと９２０°Ｆとの間（３７０℃と４９０℃との間）、より好ましくは７５０°Ｆと９００°Ｆとの間（４００℃と４８０℃との間）、最も好ましくは８１０°Ｆと８９０°Ｆとの間（４３０℃と４７５℃との間）に設定されて制御される。これらの値は後述のように供給原料における凝縮揮発成分により変化する。

混合体ストリーム１２の温度は制御システム７により制御され、これは温度センサと、コンピュータアプリケーションのような公知の制御デバイスとを少なくとも含む。好ましくは、温度センサは熱電対である。制御システム７は流体バルブ１４及び一次希釈スチームバルブ１５と連通して、２つの多孔分散管へ入る流体と一次希釈スチームとの量が制御される。

フラッシュスチーム１９と混合して、フラッシュドラム５における蒸気の液体に対する一定比を達成するようにフラッシュドラムへ入る混合体ストリーム１２のための一定温度を維持し、その実質的な温度変動及び液体に対するフラッシュ蒸気の変動を避ける目的で、本発明は以下のように働く。フラッシュドラム５の前に混合ストリーム１２のための温度が設定されるとき、制御システム７は、２つの多孔分散管における流体バルブ１４及び一次希釈スチームバルブ１５を自動的に制御する。制御システム７が混合体ストリームの温度降下を検出したとき、これは流体バルブ１４に第１の多孔分散管４への流体の注入を低減させる。混合体ストリームの温度が上昇を開始するならば、流体バルブ広く開放されて第１の多孔分散管４への流体の注入を増大させる。好ましい実施形態においては、蒸気化の流体潜在熱が混合体ストリーム温度を制御する。

一次希釈スチームストリーム１７を第２の多孔分散管８へ注入する場合、温度制御システム７は、一次希釈スチームバルブ１５を制御して、第２の多孔分散管８へ注入される一次希釈スチームストリームの量を調製するようにも使用できる。これはフラッシュ５における温度変動の急峻な変化を更に低減させる。制御システム７が混合体ストリーム１２の温度降下を検出したとき、システム７は、一次希釈スチームバルブ１５に第２の多孔分散管８への一次希釈スチームストリームの注入を増大させる一方、バルブ１４を一層に閉じるように指示する。温度が上昇を開始するならば、一次希釈スチームバルブは自動的に一層に閉じて、第２多孔分散管８へ注入される一次希釈スチームストリームを低減させる一方、バルブ１４をより広く開放する。

本発明による好ましい実施形態においては、制御システム７は両方の多孔分散管へ注入されるべき流体の量と一次希釈スチームストリームの量との両方を制御するのに用いることができる。

流体が水である好ましい場合においては、制御器は水及び一次希釈スチームの量を変化させて混合体ストリーム１２の一定温度を維持しつつ、混合体１１における水対供給原料の一定比を維持する。フラッシュ温度の急峻な変動を更に避けるために、本発明は、炉の二次希釈スチームの過熱区画に中間過熱低減器２５を使用することも好ましい。これは炉の負荷変動、コーキングの範囲の変化、過剰な酸素レベル変化から独立に、過熱器１６出口温度を一定値に制御することを可能にする。通常は、この過熱低減器２５は、二次希釈スチームの温度が８００°Ｆと１１００°Ｆとの間（４３０℃と５９０℃との間）、好ましくは８５０°Ｆと１０００°Ｆとの間（４５０℃と５４０℃との間）、更に好ましくは８５０°Ｆと９５０°Ｆとの間（４５０℃と５１０℃との間）、最も好ましくは８７５°Ｆと９２５°Ｆとの間（４７０℃と５００℃との間）にあることを保証する。過熱低減器は好ましくは制御バルブ及び水噴霧ノズルである。部分的な予熱の後、二次希釈スチーム対流区画を出て、細かい水の霧２０が加えられ、これは迅速に蒸気化して温度を低減する。次いで水蒸気は対流区画にて更に加熱される。過熱器に加えられた水の量は、合体ストリーム１２と混合された水蒸気の温度を制御する。

２つの多孔分散管４及び８における重炭化水素供給原料へ注入された流体及び一次希釈スチームの量を、フラッシュドラム５の前に混合体ストリームの所定の温度に応じて調製することが好ましく同様な制御機構は他の場所における他のパラメータへも適用できる。例えば、フラッシュスチーム１９のフラッシュ圧力、温度、及び流量はフラッシュ内の蒸気対液体比の変化に影響して変化する。また、排ガスにおける過剰な酸素は、遅いものではあるが、これも制御変数とすることができる。

フラッシュドラムへ入る混合体ストリーム１２の一定温度を維持するのに加えて、フラッシュの蒸気対液体の比を一定に維持するためにフラッシュストリーム２０の一定の炭化水素部分的圧力を保つことも望ましい。例として、蒸気相ライン１３における制御バルブ３６の使用を通じて一定のフラッシュドラム圧力を維持し、且つストリーム２０における炭化水素供給原料に対する水蒸気の比を制御することにより、一定の炭化水素部分的圧力を維持できる。

代表的には、本発明におけるフラッシュストリームの炭化水素部分的圧力は、４ｐｓｉａと２５ｐｓｉａとの間（２５ｋＰａと１７５ｋＰａとの間）、好ましくは５ｐｓｉａと１５ｐｓｉａとの間（３５ｋＰａと１００ｋＰａとの間）、最も好ましくは６ｐｓｉａと１１ｐｓｉａとの間（４０ｋＰａと７５ｋＰａとの間）に設定されて制御される。

フラッシュは少なくとも一つのフラッシュドラム導管へ導入される。好ましくはフラッシュは還流を伴うか又は伴わない１段階処理である。フラッシュドラム５は４０乃至２００ｐｓｉａ（２７５乃至１４００ｋＰａ）圧力において通常操作され、その温度は、フラッシュドラム５へ入る前のフラッシュストリーム２０の温度と同じか僅かに低いのが通例である。典型的には、フラッシュドラム導管の圧力は約４０乃至２００ｐｓｉａ（２７５乃至１４００ｋＰａ）であり、温度は約６００乃至９５０°Ｆ（３１０乃至５１０℃）である。好ましくは、フラッシュドラム導管の圧力は約８５乃至１５５ｐｓｉａ（６００乃至１１００ｋＰａ）であり、温度は約７００乃至９２０°Ｆ（３７０乃至４９０℃）である。更に好ましくは、フラッシュドラム導管の圧力は約１０５乃至１４５ｐｓｉａ（７００乃至１０００ｋＰａ）であり、温度は約７５０乃至９００°Ｆ（４００乃至４８０℃）である。最も好ましくは、フラッシュドラム導管の圧力は約１０５乃至１２５ｐｓｉａ（７００乃至７６０ｋＰａ）であり、温度は約８１０乃至８９０°Ｆ（４３０乃至４８０℃）である。フラッシュストリームの温度に依存して、通常はフラッシュドラム５へ入る混合体の５０乃至９５％、好ましくは６０乃至９０％、更に好ましくは６５乃至８５％、最も好ましくは７０乃至８５％がフラッシュドラムの上部分へ蒸気化される。

一つの局面においては、フラッシュドラム５は導管の低部における液相の温度を最小にするように操作される。これは、過剰な熱が液相における不揮発成分のコーキングを引き起こし得るためである。フラッシュドラムへ入るフラッシュストリームにおける二次希釈スチームストリーム１８の使用は蒸気化温度を低下させる。これは、炭化水素の部分的圧力（即ち、蒸気の大きなモル断片が水蒸気である）を低減し、ひいては必要な液相温度を低下させるためである。これは、外部冷却されたフラッシュドラム低部液体３０の一部を再循環させてフラッシュドラム導管へ戻し、フラッシュドラム５の低部における新たな分離された液相を冷却するのに役立たせるのにも有益である。ストリーム２７はフラッシュドラム５の低部からクーラー２８へポンプ３７６を介して輸送される。冷却されたストリーム２９は再循環ストリーム３０と輸送ストリーム２２とに分割される。再循環ストリームの温度は理想的には５００乃至６００°Ｆ（２６０乃至３２０℃）、好ましくは５０５乃至５７５°Ｆ（２６３乃至３０２℃）、更に好ましくは５１５乃至５６５°Ｆ（２６８乃至２９６℃）、最も好ましくは５２０乃至５５０°Ｆ（２７０乃至２８８℃）である。再循環ストリームの量はフラッシュドラム内側の新たな分離底部液体の約８０乃至２５０％、好ましくは９０乃至２２５％、更に好ましくは９５乃至２１０％、最も好ましくは１００乃至２００％である。

他の局面においては、フラッシュドラムはフラッシュドラムにおける液体保持／収容時間を最小化するように操作される。好ましくは、液相はフラッシュドラムの低部の小径ブーツまたはシリンダ３５を通じて導管から排出される。代表的には、ドラムにおける液相保持時間は７５秒未満、好ましくは６０秒未満、更に好ましくは３０秒未満、最も好ましくは１５秒未満である。フラッシュドラムにおける液相保持／収容時間が短ければ、フラッシュドラムの低部に起きるコーキングは少なくなる。

フラッシュにおいて、蒸気相１３は不揮発性成分を４００ｐｐｍ未満、好ましくは１００ｐｐｍ未満、更に好ましくは８０ｐｐｍ未満、最も好ましくは５０ｐｐｍ未満である。蒸気相は揮発性炭化水素（例えば５５乃至７０％）及び蒸気（例えば３０乃至４５％）が非常に富んでいる。蒸気相の沸点端点は通常は１４００°Ｆ（７６０℃）より低く、好ましくは１１００°Ｆ（６００℃）より低く、更に好ましくは１０５０°Ｆ（５７０℃）より低く、最も好ましくは１０００°Ｆ（５４０℃）より低い。蒸気相はフラッシュドラム５からオーバーヘッド管を通じて連続的に除去される。そのオーバーヘッド管は蒸気を選択的に遠心分離機３８へ輸送し、遠心分離機３８は随伴する微量の液体を除去する。次いで蒸気は、その流れを炉の対流区画へ分配させるマニホールドへ流れる。

フラッシュドラムから連続的に除去される蒸気相ストリーム１３は、炉下部対流区画において、炉の輻射区画からの排ガスにより例えば約８００乃至１２００°Ｆ（４３０乃至６５０℃）の温度へ過熱されるのが好ましい。蒸気は次いで分解炉の輻射区画へ導入されて分解される。

フラッシュドラムから除去された蒸気相ストリーム１３は、炉下部対流区画２３へ導入される前にバイパススチームストリーム２１と選択的に混合される。

バイパススチームストリーム２１は二次希釈スチーム１８からの分割スチームストリームである。好ましくは二次希釈スチームは、分割されてフラッシュ５から除去された蒸気相ストリームと混合される前に、分解炉で先ず加熱される。同様な適用例においてバイパススチームは、二次希釈スチームからの分割の後であって蒸気相と混合される前に、再過熱することが可能であろう。バイパススチーム２１の蒸気相水蒸気１３との混合の後の過熱は、炉のこの区画における混合体の全て但し重い成分が輻射区画へ入る前に蒸気化されることを保証する。下部対流区画２３蒸気相の温度を８００乃至１２００°Ｆ（４３０乃至６５０℃）へ上げることは、輻射管金属温度を低減できるので、輻射区画の操作にも役立つ。これは輻射区画におけるコーキング潜在性を少なくする。次いで過熱蒸気は分解炉の輻射区画で分解される。

これまでの説明から当業者には本発明の基本的特性を容易に確認でき、本発明の要旨と目的を逸脱することなく、本発明を様々な使用法及び状態へ適合させる幾多の変形例や変更例をなせる。例えば、好ましい実施形態は多孔分散管において過熱供給原料と混合される水の使用について述べたが、他の流体、例えばナフサも使用できる。

本発明は以下の例について示され、これらの例は例示の目的のために与えられており、本発明の目的を限定するように構成されたものではない。特に断らない限り、全てのパーセンテージ、割合、その他は重量部による。

例１
本発明による大気パイプスチールボトム(atmospheric pipestill bottoms：ＡＰＳ)及び原油の処理を模擬する技術計算を導入した。添付の表１には、フラッシュドラムを有する商用型炉においてタピス(Tapis)ＡＰＳボトム及びタピス原油を分解するための模擬結果を要約する。原油における非常に軽量の成分は、重質成分の部分的圧力を低減させる水蒸気のように働く。従って、公称９５０°Ｆ（５１０℃）切断点において、フラッシュドラムは大気中残留物のための温度よりも１００°Ｆ（５０℃）低い温度で作動する。

表１
大気パイプスチール（ＡＰＳ）ボトム及び原油フラッシュドラムシュミレーションの概要
APSボトム 原油 図１の参照符号
対流供給速度 klb/hr(t/h) 126(57) 100(45) n/a
950°Fマイナス(510℃),wt％ 70 93 n/a
多孔分散管の前の温度°F(℃) 400(205) 352(178) 4
多孔分散管水速度klb/hr(t/h) 12(5) 43(20) 14
一次希釈スチーム速度klb/h(t/h) 18(8) 8(4) 17
二次希釈スチーム速度klb/h(t/h) 17(8) 19(9) 18
過熱低減水速度klb/h(t/h) 6(3) 6(3) 26
フラッシュドラム温度°F(℃) 847(453) 750(400) 5
フラッシュドラム圧力 psig(kPag) 107(740) 101(694) 5
フラッシュドラムの蒸気化量wt% 74 93 5
輸送残留物klb/h(t/h) 33(15) 7(3) 22
例２
表２には、Ｃ４の２つの凝縮を有する残留物混合のためのフラッシュの性能の模擬を要約する。与えられたフラッシュ温度、圧力、及び水蒸気率において、残留物と混合されたＣ４の各パーセントは、フラッシュにおける残留物蒸気化を約１／４％増大させる。従って、供給するＣ４の添加は蒸気化される残留物からより多くの炭化水素をもたらす。

表２
Ｃ４／残留物混合フラッシュ性能
純粋な残留物 混合1:残留物+C4 混合2:残留物+C4
対流供給のWt%残留物 100 94 89
C4のWt%残留物 0 6 11
バブル点°F 991 327 244
@112psig

フラッシュのWt%蒸気化残留物 65.0% 68.2% 70.8%
フラッシュの全Wt%蒸気化 65.0% 69.9% 74.0%
温度°F 819 819 819

フラッシュのWt%蒸気化残留物 70.0% 72.8% 75.1%
フラッシュの全Wt%蒸気化 70.0% 74.3% 77.8%
温度°F 835 835 835

フラッシュのWt%蒸気化残留物 75.0% 77.4% 79.4%
フラッシュの全Wt%蒸気化 75.0% 78.6% 81.7%
温度°F 855 855 855

図１は水蒸気分解炉、特に対流区画と共に採用された本発明による処理の模式的な流れ図を示す。

Claims (31)

1. 重質炭化水素供給原料の調製のための処理であって、
   重質炭化水素を加熱して、この重質炭化水素を流体と混合して混合体を形成し、この混合体をフラッシュして蒸気相と液相とを形成し、処理の少なくとも１つの選択された操作パラメータに従って重質炭化水素と混合される液体の量を変化させることを含む処理。
2. 請求項１の処理において、前記処理の少なくとも１つの操作パラメータが、前記混合体がフラッシュされる前の重質炭化水素の温度である処理。
3. 請求項１の処理において、前記少なくとも１つの操作パラメータが、前記混合体がフラッシュされるときの圧力、前記混合体がフラッシュされるときの温度、前記混合体の流量、炉により生成された排ガスにおける過剰酸素のうちの少なくとも１つである処理。
4. 請求項１乃至３の何れか一項に記載の処理において、前記混合体をフラッシングする前に、前記重質炭化水素を一次希釈スチームと混合することを更に含む処理。
5. 請求項１乃至４の何れか一項に記載の処理において、前記重質炭化水素が、前記流体との混合の前に分解炉の対流区画において加熱される処理。
6. 請求項１乃至５の何れか一項に記載の処理において、前記流体は液体炭化水素と水の少なくとも一方を含む処理。
7. 請求項６に記載の処理において、前記流体が水である処理。
8. 請求項１乃至７の何れか一項に記載の処理において、二次希釈スチームストリームが分解炉内で過熱されて、前記混合体がフラッシングされる前に前記混合体と混合される処理。
9. 請求項１乃至８の何れか一項に記載の処理であって、前記蒸気相は分解炉内で分解される処理。
10. 請求項１乃至９の何れか一項に記載の処理であって、前記重質炭化水素は、真空ガスオイル、重質ガスオイル、原油で汚染されたナフサ、大気残留物、重質残留物、Ｃ４／残留物混合体、ナフサ／残留物混合体及び原油のうちの少なくとも１つを含む処理。
11. 請求項１乃至１０の何れか一項に記載の処理であって、前記重質炭化水素は、少なくとも３１０℃（６００°Ｆ）の公称最終沸点を有する処理。
12. 請求項１乃至１１の何れか一項に記載の処理であって、蒸気相が７６０℃（１４００°Ｆ）より低いエンド沸点を有する処理。
13. 請求項１乃至１２の何れか一項に記載の処理であって、前記混合体が少なくとも１つのフラッシュドラムにおいてフラッシュされ、前記蒸気相が前記ドラムの上部部分から除去されて、前記液相が前記ドラムの下部分から除去される処理。
14. 請求項４に記載の処理であって、前記炉は、輻射熱及び高温排ガスを与える輻射区画バーナーと、多段熱交換管列からなる対流区画とからなり、
    前記流体は水であり、
    前記方法は更に、
    高温排ガスによる間接熱転移により熱交換管列内の混合体を加熱し、前記混合体のフラッシングに先立って制御温度にして、前記制御温度と、水蒸気の炭化水素に対する比との両方は水の流量率及び一次希釈スチームの流量率を変化させることにより制御でき、
    フラッシュドラム内でフラッシュ段階を実行して蒸気相と液相とを形成し、且つ蒸気相を液層から分離し、
    前記蒸気相を前記炉の対流区画へ供給して、前記炉の輻射区画からの高温排ガスにより更に加熱して加熱蒸気相を形成し、
    この加熱蒸気相を前記炉の輻射区間管へ供給し、前記蒸気相内の炭化水素が熱的に分解して、輻射熱に起因する生成物を形成することを含む処理。
15. 請求項１４に記載の処理において、一次希釈スチームは、水が重質炭化水素供給原料と混合された後に混合体へ注入される処理。
16. 請求項１４又は１５に記載の処理において、重質炭化水素供給原料が、水蒸気分解ガスオイル及び残留物、ガスオイル、加熱オイル、ジェット燃料、ディーゼル、灯油、ガソリン、コーカーナフサ、水蒸気分解ナフサ、触媒分解ナフサ、水素化分解物、改質油、ラフィネート改質油、フィッシャー・トロップシュ液体、フィッシャー・トロップシュガス、天然ガソリン、留出物、処女ナフサ、原油、大気パイプスチールボトム、ボトムを含む真空パイプスチールストリーム、広範な沸点範囲のナフサ対ガスオイル凝縮体、精製所からの重非処女炭化水素ストリーム、真空ガスオイル、重ガスオイル、原油で汚染されたナフサ、大気残油、重残油、Ｃ４／残留物混合体、ナフサ残留物物混合体のうちの一つ以上を含む処理。
17. 請求項１４，１５又は１６の何れか一項に記載の処理において、前記重質炭化水素供給原料は低硫黄蝋質残留物を含む処理。
18. 請求項１４乃至１７の何れか一項に記載の処理において、前記重質炭化水素の６０乃至８０％は６００℃（１１００°Ｆ）よりも下で沸騰する処理。
19. 請求項１４乃至１８の何れか一項に記載の処理において、流体との混合に先立つ前記重質炭化水素の温度は、１５０℃から２６０℃（３００°Ｆ乃至５００°Ｆ）である処理。
20. 請求項１４乃至１９の何れか一項に記載の処理において、前記制御温度は、３１０℃から５１０℃（６００°Ｆ乃至９５０°Ｆ）である処理。
21. 請求項１４乃至２０の何れか一項に記載の処理において、前記重質炭化水素供給原料は、少なくとも３１０℃（６００°Ｆ）の公称最小沸点を有する処理。
22. 請求項１４乃至２１の何れか一項に記載の処理において、前記重質炭化水素供給原料が、前記対流区画における上部熱交換管列において加熱される処理。
23. 請求項１４乃至２２の何れか一項に記載の処理において、前記フラッシュドラムの圧力は４０ｐｓｉａと２００ｐｓｉａとの間で操作される処理。
24. 請求項１４乃至２３の何れか一項に記載の処理において、混合体ストリームの５０乃至９０％は、前記フラッシュドラム内に形成された蒸気相にある処理。
25. 請求項１４乃至２４の何れか一項に記載の処理において、一次希釈スチームが前記対流区画における熱交換管列において加熱される処理。
26. 請求項１４乃至２５の何れか一項に記載の処理において、前記加熱混合体ストリームを二次希釈スチームと混合することを更に含む処理。
27. 請求項２６に記載の処理において、二次希釈スチームが過熱される処理。
28. 請求項２６又は２７に記載の処理において、二次希釈スチームが、前記対流区画における熱交換管列において加熱される処理。
29. 請求項１４乃至２８の何れか一項に記載の処理において、前記蒸気相を前記フラッシュドラムから遠心分離機へ移送して、この蒸気相を前記炉の対流区画へ供給する前に、液体に随伴する微量成分を除去する処理。
30. 請求項１４乃至２９の何れか一項に記載の処理において、前記フラッシュドラム内に見出される蒸気相は、前記炉の対流区画へ供給される前に、バイパススチームと混合される処理。
31. 請求項１４乃至３０の何れか一項に記載の処理において、前記加熱蒸気相温度が４３０℃から６５０℃（８００°Ｆから１２００°Ｆ）である処理。

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