JP2973347B2 - デコーキング方法 - Google Patents

デコーキング方法

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JP2973347B2
JP2973347B2 JP5188653A JP18865393A JP2973347B2 JP 2973347 B2 JP2973347 B2 JP 2973347B2 JP 5188653 A JP5188653 A JP 5188653A JP 18865393 A JP18865393 A JP 18865393A JP 2973347 B2 JP2973347 B2 JP 2973347B2
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暢彦 朝倉
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、管内に付着したコーク
のデコーキング方法に関するものであり、特に石油精
製、石油化学工業分野で用いられている加熱管、反応管
の内部に付着したコークを、水蒸気と空気の混合雰囲気
下において燃焼除去するに際して、高酸素濃度で、かつ
低温燃焼状態下でデコーキングを行う方法に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】加熱管や反応管の内部に付着したコーク
のデコーキング方法としては、従来よりスチームエアー
デコーキング、スチームスポーリング、サンドジェッ
ト、メカニカルクリーニング等の数多くの方法が提案さ
れ、実施されてきた。
【0003】石油精製、石油化学工業分野の加熱管に付
着したコークのデコーキング方法としては、水蒸気と空
気の混合雰囲気下において燃焼除去するスチームエアー
デコーキング法が広く採用されているが、600℃以上
の高温燃焼条件のために、酸素濃度を低く保ち局部的な
発熱や暴走的な燃焼が起こるのを抑制している。しかし
ながら、高い燃焼温度による管の材質劣化はさけられ
ず、デコーキング運転時の管の上限温度管理やホットス
ポットの発生抑制等、正確な運転管理が要求されてい
る。さらに、直接脱硫や水素化分解のように高温高圧条
件で運転される装置の反応管においては、より一層デコ
ーキング時の運転管理に厳密さが要求される。
【0004】スチームスポーリングは管内に導入する加
熱スチーム量を変化させながら、付着したコークに熱的
なショックを与え、ひび割れを生じさせて反応管壁面か
ら剥離させ、気流により管外へ搬送するものであり、こ
の方法も石油精製、石油化学工業分野で広く採用されて
いるが、その適用可能範囲は、比較的少量のコークが管
の末端部に付着している場合に限られ、付着したコーク
量が多い場合や、付着範囲が広い場合は、剥離したコー
クによる管の閉塞を起こし、デコーキングは失敗に至
る。
【0005】ピグデコーキングは特公昭52ー4602
6、特公昭52ー6548、特開昭50ー11245
4、特開昭52ー148967、特開昭53ー6116
9、特公昭58ー36634等多くの出願がなされてい
るが,ポリウレタン駆体上に鋼製のピンを装着したピグ
を液体で押しながら、付着したコークを削り取り、削り
取ったコーク片を流体で管外に排出させる方法で、近
年、石油精製で多く採用されている。管材質に熱的な劣
化を与えない点で優れた方法であるが、コークの質や量
によりピグの大きさや材質構造を選定しなければなら
ず、誰もが容易にできる方法とは言いがたく、専ら技術
ノウハウを有する専門技術者の施工によっているのが実
態である。しかも、コークの量によってはデコーキング
期間が長期に及んででしまうこともある。
【0006】サンドジェットデコーキングは、例えば、
磁製粒子のごとき硬度の大なる粒子を窒素ガスで搬送
し、管内に付着したコークを削りとるものであるが、粒
子が高速でないとコークが除去できない上に、過度に高
速流になると、エロージョンにより管の曲がり部等で肉
厚減少の恐れがあるため、多量のコークが付着した管の
デコーキングに適用することは困難である。
【0007】メカニカルクリーニングは付着したコーク
を機械的に削りとるものであり、確実に除去できるが、
除去に用いる治具の長さに限界があったり、複数の曲が
り部を一度に除去することができないなど、適用上の制
約が多い。このためメカニカルクリーニングでは、複数
の曲がり部を有する加熱管のデコーキングを実施するに
は、管の途中にフランジ等を設け、短い長さ単位でデコ
ーキングできるようにしておくなどの設計上の配慮が必
要であるが、直接脱硫や水素化分解のように高圧条件で
運転される装置では、フランジ等の部品が増えることで
プロセス流体漏洩の可能性が増大し、また、取り外し、
取付の手間がかかることにもなり好ましくない。
【0008】
【発明が開発しようとする課題】以上のごとく現在実施
されているデコーキング方法は、その適用に制約が多い
うえに、コーク付着が管の出口付近等の一部分、もしく
は数ミリの厚さで付着している場合のデコーキング方法
であり、従来のデコーキング方法で簡単に除去できる
が、本発明のようにコークによる管内の閉塞率が大なる
場合は、適用が不可能であったり、能率的なデコーキン
グが困難なものであったため、いまだ解決しなければな
らない技術的問題が多いのが現状であった。
【0009】そこで、本発明の目的は、多量のコークが
付着した加熱管や反応管のデコーキングに際して、管の
閉塞を起こすことなく、かつ、管の材質劣化を起こさず
に行うデコーキング法を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、このよう
な事情に鑑み、多量のコークが付着した加熱管や反応管
の内部に付着したコークを、水蒸気と空気の混合雰囲気
下において燃焼除去するに際して、高酸素濃度で、か
つ、低温燃焼条件下で行う方法を見いだし、本発明を完
成するに至ったものである。
【0011】すなわち、本発明は、管内に付着したコー
クを燃焼除去するに際して、空気と水蒸気または不活性
気体の混合雰囲気下において温度350℃〜500℃、
酸素濃度3体積%〜21体積%の条件下で行うことを特
徴とするデコーキング方法である。また、本発明は、上
記方法において、管内に付着したコークが炭化水素の熱
処理にて生成した炭化物を主成分とするものである場合
のデコーキング方法であり、さらには、管内の付着コー
ク量が断面積の90%未満である場合のデコーキング方
法である。
【0012】以下、本発明を詳細に説明する。
【0013】本発明の燃焼温度は350℃〜500℃、
好ましくは温度400℃〜450℃の範囲で実施され
る。この燃焼温度は、従来のスチームエアーデコーキン
グ法の燃焼温度600℃以上に比較して、100℃以上
低温である。従来の高温燃焼では、管の閉塞率が大なる
時にはコークが熱変成硬化収縮し、ヒートショクで剥離
して管を閉塞し、あたかもスチームスポーリングでコー
クが剥離して管を閉塞し、デコーキングに失敗するのと
同じ状況に至り、デコーキング不可能となる。しかしな
がら、本発明の方法による燃焼温度350℃〜500℃
の範囲では、コークの熱変成硬化収縮は僅かであり、ま
た、500℃以下では、コークの熱変成硬化は驚くべき
ことに殆ど起こらないため、コークの熱変成に起因する
管の剥離閉塞を起こさずにデコーキングすることができ
るものである。燃焼温度が350℃未満では、燃焼速度
が遅く、デコーキング時間が長くなり好ましくない。
【0014】このように、本発明では、コークが熱変成
しない温度または熱変成収縮の少ない温度で、管内に付
着したコークを燃焼し、コークの剥離や管の閉塞を起こ
さずにデコーキングするものであるが、それに加えて、
コークの燃焼を500℃以下の低温で行うために燃焼速
度が遅く、管の単位長さ当たりの酸素消費量が少なく、
管内に供給した酸素が管の広範囲に渡って燃焼進行に十
分な濃度に維持されるため、管内に多量に付着したコー
クの燃焼が広範囲にわたって並行的に進行し、ために局
部的に高温部を生じることもなく、コークの熱変成に起
因する管の閉塞剥離を起こさずにコークを除去できる低
温燃焼デコーキング法のさらなる効果を見いだしたもの
である。
【0015】さらに、本発明のデコーキング実施燃焼温
度では、管の材質劣化の恐れがないという利点も、本発
明によりもたらされたものである。
【0016】しかしながら、低温条件による燃焼では、
上述したごとく燃焼速度が遅いために、管の閉塞が起き
なくてもデコーキングに要する時間が長くなる。このた
めに、本発明者らは、工業的なデコーキング方法として
本発明を完成すべく鋭意研究を進めた結果、管内に供給
する酸素濃度を高めることにより、上記の低温燃焼デコ
ーキング法の特徴効果を維持しつつ、燃焼速度を速めて
短時間でデコーキングすることができることを見いだし
たものである。
【0017】本発明の方法において、管内に供給される
酸素濃度は3体積%〜21体積%、好ましくは酸素濃度
5体積%〜10体積%である。酸素濃度が3体積%未満
では燃焼速度が遅く、工業的に実用的な方法とはなり難
く、また、酸素濃度が21体積%を超えること、すなわ
ち、空気中酸素濃度以上に酸素濃度を高めることは、経
済的に好ましくないばかりでなく、本発明の最大の特徴
である低温燃焼の効果を減じてしまうものである。すな
わち、燃焼速度が大となり、燃焼温度が高くなったり、
局部的に高温部が生じるようになる。
【0018】本発明の実施において好ましい酸素濃度は
5体積%〜10体積%であり、この範囲にあれば、低温
高酸素濃度燃焼条件のスチームエアーデコーキング方法
である本発明の効果を最大限実現することが可能で、酸
素濃度をこの範囲で管内に供給することにより、従来の
高温燃焼と同程度の燃焼速度で、従来のデコーキング方
法では実施不可能であった多量のコークが付着した管の
デコーキングを可能ならしめるものである。酸素濃度が
減少するにしたがってデコーキング時間が長期化し、ま
た、酸素濃度の増加にともなって燃焼速度が速くなるた
めに、低温燃焼条件を維持しデコーキング運転を行うた
めの温度制御の困難さが増大する。この場合は温度が上
昇し、急激な剥離による閉塞を防ぐために、スチームエ
アーの量を増やしたり、あるいは反応管の外側を冷却し
たりする必要がある。本発明の目的を達成するために
は、酸素濃度は3体積%以上21%以下であることが必
要である。
【0019】本発明において空気の希釈に用いられるの
は水蒸気および不活性気体であり、ここで、不活性気体
とは窒素、ヘリウム等であるが、好ましくは水蒸気また
は窒素が用いられる。
【0020】本発明における管内に付着したコークは、
炭化水素の熱処理により生成した炭化物を主成分とする
ものであり、石油精製、石油化学、石炭化学工業分野の
原油、軽質留分、重質油、残査油、石炭液化油、タール
油の加熱、分解に用いられている加熱管、反応管の内壁
に付着するコーク前駆体を含む炭化物をいい、主成分が
炭素であり、他に水素、窒素、硫黄、鉄等の元素ならび
に灰分を含むものである。
【0021】本発明のさらなる特徴は、管内に付着した
コークによる管の閉塞率が大なる場合でも、コーキング
が可能であるということにある。すなわち、管内の付着
コーク量が管の断面積の90%程度の閉塞状態でもコー
クの除去ができることにある。従来のデコーキング方法
では、このような高閉塞率においてはデコーキング操作
により管を完全に閉塞してしまう可能性が大で、確実に
コークを除去できるとはいい難かった。
【0022】本発明の方法により、管内の付着コーク量
が管の断面積の90%程度の高閉塞率でもコークの除去
ができるのは、前述した低温燃焼デコーキング法の効果
によるものである。すなわち、低温のために燃焼速度が
遅く、コークの燃焼が広範囲で同時に進行するため、閉
塞状態を広範囲で同時に解除することができることによ
るものである。
【0023】最低限のデコーキング用のスチームエアー
の混合ガスの通路が確保されていれば、コークの除去は
可能であるが、デコーキングに要する時間およびコーク
除去の確実性からは、管内の付着コーク量が管の断面積
の90%未満であることが好ましい。以上の如く、本発
明は、従来困難であった多量のコークが管内に付着した
管のデコーキングを実施するに際して、管の閉塞を起こ
すことなく、かつ、管の材質劣化を起こさずに行う優れ
たデコーキング方法を提供するものである。
【0024】
【作用】本発明のデコーキング方法は、石油精製、石油
化学、石炭化学工業分野の原油、軽質留分、重質油、残
査油、石炭液化油、タール油の加熱、分解に用いられて
いる加熱管、反応管の内壁に付着するコーク前駆体を含
む炭化物に対して有用であり、本発明のデコーキング方
法を用いることにより、コークの剥離や、管の閉塞を起
こさずにデコーキングすることができる。
【0025】
【実施例】次に、実施例および比較例により本発明を詳
細に説明するが、本発明は、これらの実施例によって限
定されるものではない。
【0026】(実施例1〜4、比較例1)減圧残油の分
解軽質化に用いた内径120mmの反応管内に,片側2
5mm(閉塞率66%)の厚さでコークが400mに渡
って付着したものをデコーキングするに際して、本発明
の低温高酸素濃度燃焼条件のデコーキング法による実施
例1〜4と,従来法である高温燃焼条件デコーキング法
による比較例1を実施したところ、実施例1〜4は約5
0〜60時間でコークの除去が可能であり、材質劣化も
なかった。比較例1は6時間程度のデコーキング操作で
コークの剥離閉塞が起き、デコーキングが継続できなか
った。
【0027】 燃焼条件 実施例1 実施例2 実施例3 実施例4 比較例1 燃焼温度 ℃ 350 400 450 500 650 酸素濃度 vol% 16.5 9.5 6.5 3.5 2.0 燃焼ガス空塔速度 m/s 25 25 25 25 25 (実施例5)減圧残油の分解軽質化に用いた内径80m
mの予熱管内に,片側24mm(閉塞率90%)の厚さ
でコークが35mmに渡って付着したものをデコーキン
グするに際して、本発明の低温高酸素濃度燃焼条件のデ
コーキング法により,燃焼温度425℃、酸素濃度6.
5%、燃焼ガス空塔速度20m/sでデコーキングした
ところ、コークの剥離や管の閉塞を起こさずにコークを
除去することができた。
【0028】
【発明の効果】本発明によれば、多量のコークが付着し
た管のデコーキングが、コークの剥離を起こさず、管の
閉塞もなく行うことができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 木塚 俊和 岡山県倉敷市潮通3丁目13番1 旭化成 工業株式会社内 (72)発明者 朝倉 暢彦 神奈川県横浜市鶴見区鶴見中央二丁目12 番1号 千代田化工建設株式会社内 (72)発明者 加藤 恒一 東京都港区虎ノ門二丁目10番1号 株式 会社日鉱共石内 (56)参考文献 特公 昭51−3309(JP,B2) 特公 昭45−33641(JP,B1)

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 管内に付着したコークを燃焼除去するに
    際して、空気と水蒸気または不活性気体の混合雰囲気下
    において温度350℃〜500℃、酸素濃度3体積%〜
    21体積%の条件下で行うことを特徴とするデコーキン
    グ方法。
  2. 【請求項2】 管内に付着したコークが炭化水素の熱処
    理にて生成した炭化物を主成分とするものである請求項
    1記載のデコーキング方法。
  3. 【請求項3】 管内の付着コーク量が管の断面積の90
    %未満である請求項1または2記載のデコーキング方
    法。
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