JP6603788B2

JP6603788B2 - 炭化水素クラッキング反応器システムにおけるコークス生成の最小化

Info

Publication number: JP6603788B2
Application number: JP2018500710A
Authority: JP
Inventors: カリメ，ムスタファ; ランピュア，モハンラオ; イリヤス，アブダルジェリル; ベルファデール，ハテム
Original assignee: サビックグローバルテクノロジーズベスローテンフェンノートシャップ
Priority date: 2015-07-09
Filing date: 2016-06-29
Publication date: 2019-11-06
Anticipated expiration: 2036-06-29
Also published as: EP3320245A1; US20180195008A1; CN107850241A; EP3320245B1; EP3320245A4; US10611968B2; JP2018528989A; WO2017007649A1

Description

〔関連出願の相互参照〕
本出願は、ここにその全体を参考文献として合体させる、２０１５年７月９日出願の米国仮特許出願６２／１９０，４４６号の優先権を主張するものである。

ここに開示される対象は、炭化水素のクラッキング反応のためのシステムに関する。

炭化水素のスチームクラッキングおよび触媒クラッキングは、精製および石油化学産業における重要な処理であり、より高分子量かつ複雑な有機分子から、エチレン、プロピレン、ブタジエンなどの低分子オレフィンを製造するのに使用される。これらの低分子量オレフィンは、ポリエチレンなどの他の炭化水素製品を生産するための中間物質として使用することができる。炭化水素クラッキングは、エタンまたはナフサなどの炭化水素供給流のクラッキング反応を伴うものであって、管状反応器システムにおいて実行されうる。

炭化水素クラッキング反応器システムにおける問題点として、当該システムの管やコイル内における炭化水素（たとえばコークス）の堆積がある。このようなコークスの堆積物は、管壁を通じて反応物流へと流れる熱の流れを妨げる可能性があり、これによって、管の金属温度が上昇し、最終的に管の冶金特性の限界に達しうる。さらに、コークス堆積物は、管の断面積を縮小することによって反応混合物流の流通を妨げ、圧力低下の増大と効率の低下とをもたらす可能性がある。このコークスの蓄積によって、最終的に、反応器の停止が必要となり、製造損失がもたらされる可能性がある。

炭化水素クラッキング反応器システムは公知である。たとえば、欧州特許第５６４６６５号明細書（特許文献１）は、炭化水素クラッキング炉管の壁上に長手方向に沿う棒状またはリブ形状の突起を設けることで、熱交換のための管の内面積を増加させることを開示している。韓国特許出願１０７６３１７号（特許文献２）は、それらの内面上に、管の内部に突出する凹部を備えるクラッキング反応管の使用を開示している。中国特許出願公開第２０１７７０６６２号明細書（特許文献３）は、クラッキング炉管の壁の内側に突出する軸心方向の螺旋状円形案内溝を設け、管を通って流れる材料のより大きな乱流を作り出すことを開示している。国際公開第２０１１／１３１４４号（特許文献４）は、熱処理プラントおよび化学処理ユニットに使用可能な、内向きに突出する複数の凹部を備える内面を有する熱交換管を開示している。

欧州特許第５６４６６５号明細書韓国特許出願１０７６３１７号中国特許出願公開第２０１７７０６６２号明細書国際公開第２０１１／１３１４４号

炭化水素の蓄積を効率的に最小化する炭化水素クラッキング反応器システムがいまだ求められている。ここに開示される対象は、現在利用可能なシステムに対してそのような大きな利点を提供するものである。

ここに開示される対象は改良された炭化水素クラッキング反応器システムに関する。

いくつかの態様において、本開示の前記炭化水素クラッキング反応器システムは、複数の凹部が配置された内面を備える単数または複数の反応管を有することができる。いくつかの態様において、前記凹部は前記反応管の内部に突出する（すなわち、突き出る）ことがない。いくかの態様において、前記複数の凹部は前記反応管の内面におけるコークス生成を最小化する。

いくつかの態様において、前記凹部は約０．２ｍｍ〜約１．０ｍｍの深さを有する。いくつかの態様において、前記凹部は約０．２ｍｍ〜約０．５ｍｍの深さを有する。

いくつかの態様において、前記凹部は前記反応管の一体部分として形成されている。いくつかの態様において、前記凹部は前記反応管の内面の長さ方向に沿って均一に分布している。いくつかの態様において、前記凹部は、平行な列、非平行の列、分岐パターン、千鳥配置パターン、円形パターン、または、これらの組み合わせ、で配置されている。いくつかの態様において、前記凹部は、矩形、楕円、星形、三角形、正方形、八角形、六角形、または、これらの組み合わせの形状、である。

ここに開示される対象は、複数の凹部が配置された内面を備える単数または複数の反応管を有する炭化水素クラッキング反応器を提供し、ここで、前記凹部は、前記反応管の内部に突出せず、かつ、約０．２ｍｍ〜約１．０ｍｍの深さを有する。いくつかの態様において、前記凹部は、約０．２ｍｍ〜約０．５ｍｍの深さを有する。

ここに開示される対象は、外面と内面とを有する壁によって形成される筒状体を備える炭化水素クラッキングのための炉管を提供し、ここで、前記筒状体の前記内面には複数の凹部が配設されている。いくつかの態様において、前記凹部は前記筒状体の内部へと突出しない。いくつかの態様において、前記複数の凹部はコークス生成を最小化する。

本発明の一実施例による炭化水素クラッキングシステムのコンポーネントの断面図（図１Ａ）、および、本発明の一実施例による炭化水素クラッキングシステムのコンポーネントの斜視切り欠き図（図１Ｂ）。

ここに開示される対象は、改良された炭化水素クラッキング反応器システムに関する。

ここに開示される対象は、炭化水素のクラッキングのための炭化水素クラッキング反応器システムを提供し、これは、クラッキング反応中に炭化水素が流れる単数または複数のコンポーネントを有する。たとえば、非限定的ではあるが、前記炭化水素クラッキング反応器システムの前記単数または複数のコンポーネントは、炉管およびコイルを含むことができる。

例示の目的のためであって限定の目的のためにではなく、図１Ａおよび図１Ｂは、ここに開示の対象による炭化水素クラッキング管の例の図である。いくつかの実施例において、前記炭化水素クラッキング反応器１００のコンポーネント（たとえばクラッキング管であり、ここではこれを反応管または炉管とも呼ぶ。）は、内面１０２と外面１０３とを備える壁１０４を有し、そして、その内面１０２上に、複数の凹部１０１（たとえば、陥没部または窪み（ディンプル））を備えることができる。いくつかの実施例において、前記凹部は、前記炭化水素クラッキング反応器コンポーネントの内部に突出する（すなわち、突き出る）ことがない。いくかの実施例において、前記単数または複数の凹部は、前記コンポーネント壁の前記内面１０２を内側に（すなわち、前記外面に向けて）変形する。

いくつかの実施例において、ここに開示される対象の前記炭化水素クラッキング反応器システムは、炭化水素クラッキング反応器の前記単数または複数のコンポーネントの前記内面上におけるコークス生成を最小化することができ、前記システムの前記単数または複数のコンポーネントの内面上の前記凹部の存在によって、より長い運転時間を可能にする。いくつかの実施例において、前記凹部は、さらに、たとえば、前記コンポーネントの内面の表面積を増大させ、当該内面に沿った乱流を増加させることによって、前記コンポーネントの熱伝達能力の増大をもたらすことができる。いくつかの実施例において、前記凹部は、前記コンポーネントを通る流体の流れの圧力を低減して当該コンポーネントおよび前記炭化水素クラッキングシステムの熱効率を増大させることができる。

ここに開示される前記炭化水素クラッキングシステムの前記単数または複数のコンポーネント上に設けられる前記凹部は、任意の形状とすることができ、非限定的に、円形、矩形、楕円形、星形、三角形、正方形、八角形、六角形、または、これらの組み合わせ、などとすることができる。たとえば、前記凹部の形状は円形にすることができる。

いくつかの実施例において、前記凹部は、平行な列、非平行の列、分岐パターン、千鳥配置パターン、円形パターン、または、これらの組み合わせ、など任意のパターンで配置することができる。たとえば、非限定的な具体例として、前記凹部は平行な列状に配置することができる。

いくつかの実施例において、前記凹部は、前記炭化水素クラッキング反応器コンポーネントの前記内面の長さに沿って、連続的および／または均一、に分布させることができる。いくつかの実施例において、前記炭化水素クラッキング反応コンポーネントの前記内面の長さ方向に沿った特定の箇所に凹部を設けることができる。前記凹部は、前記炭化水素クラッキング反応器の前記コンポーネントの前記内面の長さに沿った任意の位置に配置することができる。いくつかの実施例において、前記炭化水素クラッキング反応器の前記単数または複数のコンポーネントの前記内面の面積の約０．５％、約１％、約５％、約１０％、約１５％、約２０％、約２５％、約３０％、約４０％、約５０％、約６０％、約７０％、約８０％、約９０％、または、約１００％、に凹部を設けることができる。

前記用語「約」または「およそ」は、当業者による測定での具体的な値の許容可能な誤差範囲内にあることを意味し、これはその値の測定方法に部分的に依存する。たとえば「約」は、ある値の２０％まで、１０％まで、５％まで、または、１％まで、の範囲を意味することができる。

いくつかの実施例において、前記凹部の深さは、これら凹部のピッチおよび／または直径に依存する。いくつかの実施例において、前記凹部は、約０．２ミリメートル（ｍｍ）〜約１．０ｍｍの深さを有する。たとえば、前記凹部は、約０．２ｍｍ〜約０．９５ｍｍ、約０．２ｍｍ〜約０．９０ｍｍ、約０．２ｍｍ〜約０．８５ｍｍ、約０．２ｍｍ〜約０．８０ｍｍ、約０．２ｍｍ〜約０．７５ｍｍ、約０．２ｍｍ〜約０．７０ｍｍ、約０．２ｍｍ〜約０．６５ｍｍ、約０．２ｍｍ〜約０．６０ｍｍ、約０．２ｍｍ〜約０．５５ｍｍ、約０．２ｍｍ〜約０．５０ｍｍ、約０．２ｍｍ〜約０．４５ｍｍ、約０．２ｍｍ〜約０．４ｍｍ、約０．２ｍｍ〜約０．３５ｍｍ、約０．２ｍｍ〜約０．３ｍｍ、約０．２ｍｍ〜約０．２５ｍｍ、約０．２５ｍｍ〜約１．０ｍｍ、約０．３ｍｍ〜約１．０ｍｍ、約０．３５ｍｍ〜約１．０ｍｍ、約０．４ｍｍ〜約１．０ｍｍ、約０．４５ｍｍ〜約１．０ｍｍ、約０．５０ｍｍ〜約１．０ｍｍ、約０．５５ｍｍ〜約１．０ｍｍ、約０．６０ｍｍ〜約１．０ｍｍ、約０．６５ｍｍ〜約１．０ｍｍ、約０．７０ｍｍ〜約１．０ｍｍ、約０．７５ｍｍ〜約１．０ｍｍ、約０．８０ｍｍ〜約１．０ｍｍ、約０．８５ｍｍ〜約１．０ｍｍ、約０．９０ｍｍ〜約１．０ｍｍ、または、約０．９５ｍｍ〜約１．０ｍｍ、とすることができる。いくつかの実施例において、前記凹部の深さは、前記コンポーネント１００の前記壁１０４の厚み未満である。あるいは、または追加的構成として、前記凹部の深さを、前記コンポーネントの前記壁１０４の厚み以上として前記壁１０３の前記外面上に突起を形成するようにすることも可能である。いくつかの実施例において、前記炭化水素クラッキング反応管の内面上の前記凹部の深さは、可変とすることができる。

いくつかの実施例において、前記単数または複数のコンポーネント上の前記凹部は、ローリング、プレス、溶接、ハマーリング、押出、または、エンボス加工、によって形成することができる。いくつかの実施例において、前記凹部と前記コンポーネント（たとえば炉管）は、同じ材料、あるいは、ある材料の同じシート、から形成することができ、たとえば、前記コンポーネントの一体部分として形成することができる。あるいは、前記凹部と前記コンポーネントとを異なる材料から形成することも可能である。

前述した対象の実施例に依れば、前記炭化水素クラッキング反応器システムと、当該炭化水素クラッキング反応器システムに含ませることが可能な種々のコンポーネントおよび付属品（たとえば炉管）は、様々な適当な材料の一つを使用して形成することができる。適当な材料としては、非限定的な具体例として、アルミニウム、ステンレス鋼、炭素鋼、ガラスライニングされた材料、ポリマー系材料、ニッケル系金属合金、コバルト系金属合金、または、これらの組み合わせ、がある。

ここに開示される対象の前記炭化水素クラッキング反応器システムは、単純飽和脂肪族炭化水素（たとえばエタン）、アルカン混合物、または、石油留（たとえば、ナフサ、常圧軽油、および、真空軽油）、のスチームクラッキング、熱クラッキング、および／または、触媒クラッキング、に使用することができる。いくつかの実施例において、ここに開示のシステムに使用される前記炭化水素供給流は、スチームクラッキング軽油および残留物、加熱オイル、ジェット燃料、灯油、ガソリン、コーカーナフサ、コーカークラッキングナフサ、触媒クラッキングナフサ、水素化分解生成物、改質油、ラフィネート改質油、フィッシャー・トロプシュ液、フィッシャー・トロプシュガス、天然揮発油、蒸留物、バージンナフサ、原油、常圧蒸留塔底油、塔底油を含む減圧蒸留生成物流、広沸点範囲ナフサ−軽油濃縮物、精製炉からの重質非バージン炭化水素流、真空軽油、重質油、粗生成物（ｃｒｕｄｅ）を含むナフサ、大気残留物、重性残留物、Ｃ_４／残留物混合物、ナフサ／残留物混合物、軽油／残留物混合物、および／または、原油、を含むことができる。

前記炭化水素クラッキング反応器システムは、さらに、非限定的に、単数または複数の供給ライン、ガス排気ライン、サイクロン、生産物払出ライン、反応領域、および、加熱エレメント、などを含む追加のコンポーネントおよび付属品を備えることができる。前記炭化水素クラッキング反応器システムは、さらに、単数または複数の測定付属品を備えることができる。当該単数または複数測定付属品は、非限定的に、ｐＨメータ、圧力インジケータ、圧力トランスミッタ、サーモウェル、温度表示コントローラ、ガス検出器、分析器、および、粘度計、を含む、当業者に知られている任意の測定付属品とすることができる。前記コンポーネントおよび付属品は、前記炭化水素クラッキング反応器上の様々な箇所に配置することができる。

図示されクレームされている種々の実施例に加えて、ここに開示される対象は、さらに、ここに開示されてクレームされている特徴構成の他の組み合わせを有する他の実施例にも関する。しかして、ここに提示される具体的特徴構成は、その開示される対象がここに開示の特徴構成の任意の適当な組み合わせを含むように、開示対象の範囲内において他の方法で互いに組み合わせることが可能である。開示対象の具体的実施例に関する上記記載は、図示と説明の目的で提示されたものである。それは、開示対象がそれらに限られるものであること、あるいは、開示対象を開示された実施例に限定することを意図するものではない。

尚、当業者は、開示対象の要旨または範囲から逸脱することなく、開示対象の構成および方法において種々の改造または改変を行うことができることを理解するであろう。従って、開示対象は、添付の請求項およびそれらの均等物の範囲内に属する改造または改変を含むものであることが意図される。

種々の、刊行物、特許、および、特許出願、をここに挙げたが、それらの内容の全体をここに参考文献として合体させる。

Claims

複数の凹部が配置された内面を備える単数または複数の反応管を有する炭化水素クラッキング反応器システムであって、前記凹部が前記反応管の内部に突出せず、前記凹部は０．２ｍｍ〜１．０ｍｍの深さを有し、単数または複数の前記反応管はニッケル系金属合金を有する炭化水素クラッキング反応器システム。
前記凹部は０．２ｍｍ〜０．５ｍｍの深さを有する請求項１に記載のシステム。
前記凹部の前記深さは様々である請求項１または２に記載のシステム。
前記凹部は前記反応管の一体部分として形成されている請求項１に記載のシステム。
前記凹部は前記反応管の内面の長さに沿って均一に分布されている請求項１に記載のシステム。
前記凹部は、平行な列、非平行の列、分岐パターン、千鳥配置パターン、円形パターン、または、これらの組み合わせ、で配置されている請求項１に記載のシステム。
前記凹部は、前記反応管の軸から径方向外側に向かう向きで観察されたときに、矩形、楕円、星形、三角形、正方形、八角形、六角形、または、これらの組み合わせの形状、である請求項１に記載のシステム。
複数の凹部が配置された内面を備える単数または複数の反応管を有する炭化水素クラッキング反応器であって、前記凹部は、前記反応管の内部に突出せず、かつ、０．２ｍｍ〜１．０ｍｍの深さを有し、単数または複数の前記反応管はニッケル系金属合金を有する炭化水素クラッキング反応器。