JP7417579B2 - 原油から化学製品用の統合された熱分解および水素化分解ユニット - Google Patents

Description

本明細書に開示する実施形態は、概して、全原油または他の炭化水素混合物などの炭化水素混合物の統合された熱分解および水素化分解に関し、オレフィンおよび他の化学物質を生成する。

沸点が550℃を超える炭化水素混合物は、通常、オレフィンを生成するためには、リアクターがかなり急速にコークス化するため熱分解リアクターで直接処理されない。反応条件を制限するとファウリング（fouling）の傾向が軽減される場合があるが、それほど厳しくない条件では収量が大幅に低下する。

当技術分野における一般的なコンセンサスは、広い沸点範囲を有する炭化水素混合物および／または高沸点を有する炭化水素は、炭化水素をガス／軽質炭化水素、ナフサレンジの炭化水素、軽油などの多数の画分に初期分離し、ついで別々の分解炉などで、それらの画分に特異的な条件下で各画分を分解することが必要である。蒸留塔を介するなどの分画、および個別の処理は資本とエネルギーを大量に消費する可能性がありますが、画分を別々に個別に処理することは、プロセス制御と収率に関して最高の利益をもたらすと一般に考えられている。

これまで、大部分の原油は、大規模な精油所－石油化学コンビナートで化学物質に部分的に変換されてきた。精油所の焦点は、ガソリンやディーゼルなどの輸送燃料を生産することである。LPGや軽質ナフサなどの精油所からの低価値のストリームは、精油所に隣接し得るまたは隣接し得ない石油化学コンビナートに送られる。その場合、石油化学コンビナートは、ベンゼン、パラキシレン、エチレン、プロピレン、ブタジエンなどの化学物質を生成する。この種の典型的なコンビナートを図1に示す。

従来の方法では、原油は脱塩および予熱され、原油蒸留塔に送られる。そこでは、ナフサ、灯油、ディーゼル、軽油、真空軽油および残留物を含むさまざまなカット（cut）が生成される。ナフサや軽油のようないくつかのカットは、オレフィンを生成するためのフィードとして使用される。VGOおよび残留物は水素化分解されて燃料を生成する。粗製塔（大気蒸留）および真空塔から得られた生成物は、燃料（ガソリン、ジェット燃料、ディーゼルなど）として使用される。一般に、これらは燃料の仕様を満たしていない。したがって、燃料として使用する前に、これらの生成物に対して異性化、改質、水素化処理（水素化脱硫、水素化脱窒素、水素化分解）が行われる。石油プラントは、精製所によっては精製前および／または精製後にフィードを受け取る場合がある。

現在、高沸点コークス前駆体を含む全原油およびその他の炭化水素混合物を柔軟に処理するために、統合された熱分解および水素化分解プロセスが開発されている。本明細書の実施形態は、熱分解プロセス中のコーキングおよびファウリングを、過酷な条件下でも有利に低減し、全原油のより重い部分の水素化分解を効果的かつ効率的に統合し、ナフサクラッカーに匹敵するオレフィン収率を達成しながら、通常、全原油の処理に関連する事前分画および個別の処理に関連する資本およびエネルギー要件を著しく低減する。

１つの局面において、本明細書に開示する実施形態は、炭化水素を転化してオレフィンを生成する統合された熱分解および水素化分解プロセスに関する。このプロセスには、全原油および軽油を混合して炭化水素混合物を形成することが含まれる。その後、炭化水素混合物はヒーターで加熱され、炭化水素混合物中の炭化水素の一部分を蒸発させ、加熱された炭化水素混合物を形成する。次に、加熱された炭化水素混合物は、第１のセパレーターで、第1の蒸気画分および第1の液体画分に分離される。所望により蒸気と混合してもよい第1の蒸気画分、および得られた混合物は、対流ゾーンで過熱され、熱分解リアクターの輻射ゾーンの第１の輻射コイルに供給される。第1の液体画分またはその一部分は、第1の液体画分を水素化分解触媒と接触させて第１の液体画分中の炭化水素の一部分を分解するために、水素とともに水素化分解リアクターシステムに供給し得る。水素化分解リアクターシステムから回収された流出物は、流出物中の炭化水素から未反応の水素を回収するために分離され、流出物炭化水素は、軽油画分を含む2以上の炭化水素画分を形成するために分画される。

もう１つの局面において、本明細書に開示する実施形態は、炭化水素混合物を転化してオレフィンを生成するための統合された熱分解および水素化分解プロセスに関する。このプロセスには、全原油および軽油を混合して炭化水素混合物を形成することが含まれる。炭化水素混合物は、炭化水素混合物中の炭化水素の一部分を蒸発させ、加熱した炭化水素混合物を形成するためにヒーターで加熱し得る。加熱した炭化水素混合物は、第１のセパレーターで第1の蒸気画分および第1の液体画分に分離し得る。ついで、第1の液体画分は、熱分解リアクターの対流ゾーンで加熱され、第1の液体画分に含まれる炭化水素の一部分を蒸発させ、第2の加熱した炭化水素混合物を形成する。ついで、第２の加熱した炭化水素混合物は、第２のセパレーターで、第２の蒸気画分および第２の液体画分に分離し得る。スチームは、第１の蒸気画分と混合することもでき、このプロセスには、対流ゾーンで得られた混合物を過熱し、過熱した混合物を熱分解リアクターの輻射ゾーンで第１の輻射コイルに送ることが含まれる。スチームは、第2の蒸気画分と混合することもでき、このプロセスには、対流ゾーンで得られた混合物を過熱し、過熱した混合物を熱分解リアクターの輻射ゾーンで第2の輻射コイルに送ることが含まれる。第２の液体画分またはその一部分は、第２の液体画分を水素化分解触媒と接触させて第２の液体画分中の炭化水素の一部分を分解し、水素化分解リアクターシステムからの流出物を回収するために、水素とともに水素化分解リアクターシステムに供給し得る。未反応の水素は、流出物中の炭化水素から分離され、それは分画して軽油画分および残留物画分を含む2以上の炭化水素画分を形成し得る。

もう１つの局面において、本明細書で開示する実施形態は、上述のプロセスを実行するための装置を含むシステムに関する。

幾つかの実施形態において、例えば、本明細書の実施形態によるオレフィンおよび／またはジエンを生成するシステムは、対流加熱ゾーンおよび輻射加熱ゾーンを有する熱分解ヒーターを含み得る。対流加熱ゾーン内の加熱コイルは、全原油を部分的に蒸発させて液体画分および蒸気画分を形成するために提供される。対流加熱ゾーンの第２の加熱コイルは、蒸気画分を過熱するために提供し得る。さらに、輻射加熱コイルを輻射加熱ゾーンに配置して、過熱した蒸気画分を熱分解し、オレフィンおよびパラフィンの混合物を含む分解した炭化水素流出物を生成し得る。液体画分の少なくとも一部分を水素化分解するために、水素化分解反応ゾーンを使用して、さらなるオレフィンおよび／またはジエンを含む水素化分解された炭化水素流出物を生成し得る。上記の望ましい接続とフローを提供するために、システムにフロー導管、バルブ、コントロール、ポンプ、およびその他の機器を含めることができる。

本明細書のシステムは、軽油画分を含む2つ以上の炭化水素画分を回収するために、水素化分解された炭化水素流出物を分離するためのセパレーターを含んでもよい。本明細書のシステムは、軽油画分を加熱コイルの上流の全原油と混合する手段も含み得る。スチームと第2の加熱コイルの上流の蒸気画分を混合する手段も提供し得る。混合する手段は、例えば、当技術分野で知られている混合のための他の手段の中でも、例えば、配管ティーまたは接続、ポンプ、静的ミキサーなどを含むことができる。

本明細書のシステムは、例えば、液体画分を部分的に蒸発させて、第２の液体画分および第２の蒸気画分を形成するための対流加熱ゾーン内の第３の加熱コイル、および／または第第2の蒸気画分を過熱するための対流加熱ゾーン内の第４の加熱コイルも含み得る。輻射加熱ゾーン内の第２の輻射加熱コイルは、過熱した蒸気画分を熱分解して、オレフィンおよびパラフィンの混合物を含む第２の分解炭化水素流出物を生成するために使用し得る。第２の液体画分を液体画分の少なくとも一部分として水素化分解ステップに供給するためのフローラインが提供されてもよい。

本明細書のシステムは、スチームを様々の炭化水素含有ストリームと混合するための手段も含み得る。例えば、本明細書のシステムには、スチームを部分的に蒸発した全原油と混合し、分離して液体画分および蒸気画分を形成する手段、および／またはスチームを部分的に蒸発した液体画分と混合し、分離して第2の液体画分および第2の蒸気画分を形成する手段を含み得る。

本開示の実施形態において、全原油を脱塩後に熱分解ユニットに送ることができる。対流セクションにおいて、スチームの存在下で軽質の物質が蒸発し、輻射セクションで反応させ得る。重質物はハイドロクラッカーに送られる。ハイドロクラッカーからの生成物は、燃料として販売し、および／または追加の化学物質を製造するために熱分解ユニットで処理し得る。熱分解軽油や燃料油などの熱分解ユニット（オレフィンユニット）からの重質生成物は、原油からの新鮮なフィードと一緒にアップグレードするためにハイドロクラッカーに送り得る。統合された熱分解ユニットおよび分解ユニットの間でフィードと生成物は交換されて、必要に応じて最大量の化学物質および／または燃料が生成される。ごく一部分のみがタールとして廃棄される。

本明細書の実施形態は、粗分離ユニットを必要としない。したがって、そのユニットに関連する費用とエネルギーが削減される。異なる条件で動作する1つ以上のハイドロクラッカーを使用して、化学物質／燃料の生産を最適化できる。ハイドロクラッカー中のブリード／タールは非常に重質の高沸点物質であり、触媒の寿命を最大化する生成物として販売し得る。ハイドロクラッカーは残留物を処理するように設計されているため、クラッカーおよび／または熱分解ユニットで生成された熱分解軽油および燃料油は、ハイドロクラッカーのフィードとして使用し得る。これにより、プラント全体で貴重な化学物質が最大化される。ハイドロクラッカーで生産されたLPGやナフサのような軽質の物質は、オレフィン工場でフィードとして使用し得る。未転化油は、サーマルクラッカーへのフィードとしても使用し得る。

本明細書に開示する統合された熱分解および水素化分解プロセスは、所望のオレフィン、ジエン、ジオレフィンおよび芳香族の高収率を提供する。同時に、必要に応じて貴重なジェット燃料や灯油燃料も生産し得る。別の原油分離ユニットを設置する必要はない。本明細書の実施形態を使用して、各カットを最適に分解し得る。熱分解ユニットで生成した燃料油は水素化分解して、オレフィンプラントへのより多くのフィードを生成することもできる。ハイドロクラッカーで生成された軽質フィードは、熱分解してより多くのオレフィンを生成することもできる。

添付のスケッチに示されているプロセスフロー図は、特定の原油および生成物スレートに合わせてわずかに改質し得る。他の局面および有利な点は、以下の詳細な説明および添付の特許請求の範囲から明らかであろう。

図1は、典型的な精製－石油化学コンビナートの簡略化したプロセスフロー図である。

図２は、本明細書の実施形態による炭化水素混合物を処理するための統合された熱分解－水素化分解システムの簡略化したプロセスフロー図である。

図３は、本明細書の実施形態による炭化水素混合物を処理するための統合された熱分解－水素化分解システムの簡略化したプロセスフロー図である。

図４は、本明細書の実施形態による炭化水素混合物を処理するための統合された熱分解－水素化分解システムの簡略化したプロセスフロー図である。

図５は、本明細書の実施形態による炭化水素混合物を処理するための統合された熱分解－水素化分解システムの簡略化されたプロセスフロー図である。

図６は、本明細書の実施形態による炭化水素混合物を処理するための統合された熱分解－水素化分解システムで有用なＨＯＰＳ塔の簡略化されたプロセスフロー図である。

図７は、本明細書の実施形態による炭化水素混合物を処理するための統合された熱分解－水素化分解システムの簡略化されたプロセスフロー図である。

本明細書に開示する実施形態は、一般に、全原油または他の炭化水素混合物などの炭化水素混合物を熱分解および水素化分解してオレフィンを生成することに関する。より詳細には、本明細書に開示する実施形態は、クラッキングが行われているヒーターの対流セクションから回収された熱を使用した炭化水素混合物の効率的な分離に関する。

本明細書に開示する実施形態において有用な炭化水素混合物は、沸点範囲を有する様々な炭化水素混合物を含むことができ、混合物の最終沸点は、525℃、550℃、または575℃を超えるような450℃以上または500℃以上とし得る。550℃を超えて沸騰する炭化水素のような高沸点炭化水素の量は、わずか0.1wt％、1wt％、または2wt％であり得るが、10wt％、25wt％、50wt％以上ほどにもなり得る。明細書は原油に関して説明しているが、原油や凝縮液などの高沸点エンドポイント炭化水素混合物を使用できる。以下の実施例は、説明目的のためにナイジェリアの軽質原油に関して説明しているが、本出願の範囲はそのような原油に限定されない。本明細書に開示するプロセスは、広い沸点曲線と500℃を超えるエンドポイントを有する原油、凝縮物、および炭化水素に適用できる。このような炭化水素混合物には、全原油、バージン原油、水素化処理原油、軽油、真空軽油、加熱油、ジェット燃料、ディーゼル、灯油、ガソリン、合成ナフサ、ラフィネート改質油、フィッシャートロプシュ液体、フィッシャートロプシュガス、天然ガソリン、留出物、バージンナフサ、天然ガス凝縮物、大気圧パイプスチルボトム（pipestill bottom）、ボトムを含む真空パイプスチルストリーム、広い沸騰範囲のナフサ軽油凝縮物、精油所からの重質ノンバージン炭化水素ストリーム、真空軽油、重質軽油、大気圧残油（atmospheric residuum）、ハイドロクラッカーワックス、フィッシャートロプシュワックスなどが含まれ得る。幾つかの実施形態において、炭化水素混合物には、ナフサレンジまたは軽質から真空軽油レンジまたは重質まで沸騰する炭化水素が含まれ得る。必要に応じて、これらのフィードを前処理して、硫黄、窒素、金属、および本明細書で開示するプロセスの上流のコンラドソンカーボンの一部分を除去し得る。

熱分解反応は、フリーラジカル機構を介して進行する。したがって、高温で分解すると、高いエチレン収率が得られる。ブタンやペンタンなどのより軽質のフィードは、高いオレフィン収率を得るために高いリアクター温度を必要とする。軽油や真空軽油（VGO）などの重質フィードには、より低い温度が必要である。原油には、ブタンからVGOおよび残留物までの化合物の分布が含まれる（例えば、520℃を超える通常の沸点を持つ物質）。分離せずに全原油を高温に付すと、高収率のコークス（炭化水素を高厳格下で分解した副生成物）が生成され、リアクターが詰まる。熱分解リアクターは定期的にシャットダウンする必要があり、コークスはスチーム／空気デコーキングによって洗浄しなければならない。オレフィンが生成される2つのクリーニング期間の間の時間は、ランレングス（run length）と呼ばれる。原油を分離せずに分解すると、コークスが対流セクションのコイル（液体の蒸発）、輻射セクション（オレフィン生成反応が起こる場所）、および／またはトランスファーライン交換器（冷却により反応が急速に停止してオレフィン収率を保存する）に堆積し得る。

本明細書に開示する実施形態は、熱分解リアクター（またはヒーター）の対流セクションを使用して、フィード炭化水素混合物を予熱し、種々の画分に分離する。スチームは、適当な場所に注入して、炭化水素混合物の気化を促進し、加熱および分離度を制御し得る。炭化水素の気化は、対流セクションのコーキングが抑制されるように比較的低い温度および／または断熱的に行う。

したがって、対流セクションを使用して炭化水素混合物全体を加熱し、蒸気－液体混合物を形成し得る。蒸気炭化水素は液体炭化水素から分離され、分離された蒸気のみが単一のヒーターの1つ以上の輻射セルの輻射コイルに供給される。輻射コイルの形状は任意の型にできる。最適な滞留コイルを選択して、望ましいフィード炭化水素蒸気混合物および反応の厳格性のために、オレフィンおよびランレングスを最大化し得る。

必要に応じて、複数の加熱および分離ステップを使用して、炭化水素混合物を2以上の炭化水素画分に分離し得る。これにより、スループット、スチーム対オイル比、入口および出口温度、およびその他の変数を望ましいレベルで制御して、輻射コイルおよび関連する下流装置のコーキングを制限しながら、所望の生成物プロファイルなどの所望の反応結果を達成できるように、各カットの最適なクラッキングが可能になる。

混合物中の炭化水素の沸点に応じてさまざまなカットが分離および分解されるため、輻射コイルおよびトランスファーライン交換器のコーキングを制御できる。その結果、ヒーターの運転時間は、数時間ではなく、数週間に延長され、より高いオレフィン生産が可能になる。

残留液体は水素化処理（例えば、水素化処理および／または水素化分解）してもよい。200℃付近など、カットポイントが低い場合、ハイドロクラッカーへのフィードは高くなる。エンドポイントが高い場合、ハイドロクラッカーへのフィードは原油に対して低くなる。選択されるカットポイントにかかわらず、残留する全液体はハイドロクラッカーに送ることができる。あるいは、液体は、水素化処理生成物の分離と関連する蒸留塔に送ることができる。この塔では、ジェット／ケロセン（中間留分）が分離され、ハイドロクラッカーでVGO＋物質のみが水素化分解される。

VGO＋物質は、さらにVGOと残留物に分離できる。520℃を超えて沸騰する物質は、残留物と見なすことができる。示されたカットポイント、520℃は例示であるが、例えば480℃から560℃まで変化し得る。VGO／残留物の分離では、異なるハイドロクラッカーを使用してVGOおよび残留物を別々に処理できる。残留物水素化分解はVGOよりも困難である。原油の品質と残留物の量によっては、重質液をVGOと残留物に分離することは経済的に魅力的である。経済的に魅力的でない場合、すべての液体は同じハイドロクラッカーで水素化分解し得る。

前述のように、ハイドロクラッカーからの流出液は蒸留塔で分離できる。水素化分解でも、残留物のリサイクルは慎重に検討する必要がある。リアクターにおける過剰なコーキングを防ぐために、残留物のパージが必要である。このブリードはタールまたはピッチ画分である。蒸発システムから得られた200℃＋液体物質または350℃＋物質が、ハイドロクラッカー流出物蒸留塔に行かずに直接ハイドロクラッカーに送られる場合、ハイドロクラッカーの厳格性は、軽度の厳格性または高度の厳格性の分解などに応じて調整できる。温和な条件では、高分子量種のみが水素化分解され、原油（中間留分）のほとんどの軽質物質が保持され、流出液は生成物分離塔に送られる。これにより、最大量の中間留分燃料が生成される。高度の厳格性モードでは、LPGやナフサカットなどの軽質の成分が増加する。本明細書のすべてのケースで、ハイドロクラッカーの前に任意の水素化脱硫ユニットを使用できる。LPG、ナフサ、中間留分、および残油カットポイント（通常540℃未満）未満で沸騰する未転化油などの生成物は、原料としてオレフィン工場に送られる。必要に応じて、中間留分を生成物として販売できる。すべての生成物がオレフィン工場に送られる場合、化学生成物の生産率は向上する。全原油の5％未満など、ごく少量のタールのみがタールとして送られ得る。これは、最大の化学物質生産モードと考えることができる。生成物として販売される中間留分の量に応じて、化学的生産は減少する。オレフィンコンビナートは、水素、メタン、エチレン、エタン、プロピレン、プロパン、ブタジエン、ブテン、ブタン、C5－ガソリン（C5－400°F）および熱分解軽油（PGO）および熱分解燃料油（PFO＞550°F）を生成する。PGOおよびPFOの両方のカットは、水素が非常に不足しており、あまり望ましくない化学物質である。残油ハイドロクラッカーが使用されるため、すべてのPGOおよびPFOの特定の部分（沸点が1000°F未満など）を残油ハイドロクラッカーに送ることができる。これにより、オレフィンコンビナートで生成されるオレフィンが最大化される。残油ハイドロクラッカーを使用すると、高分子量のPGOおよびPFOが水素化分解され、他の液体生成物に加えて低分子量のLPGおよびナフサが、オレフィンコンビナートへのフィードとして使用できる。これにより、化学物質の生産が最大化される。ここでのすべての操作は、粗塔（crude tower）なしで行い得る。本明細書に開示する実施形態に対するいくつかの小さな修正は、プロセスの経済性または必要とされる生成物を改善するために局所の状況に対して可能である。

上記のように、エンドポイントが520℃または550℃を超える原油および／または重質原料は、上流蒸留または複数の炭化水素画分への分画を経るなどによりそれらを分離せずに、現在のところ首尾よくかつ経済的に分解することはできない。対照的に、本明細書の実施形態は、原油分解のために様々な炭化水素を分離するための分画器の使用を制限するか、またはまったく使用しないようにする。本明細書の実施形態は、分画を必要とするプロセスよりも資本コストが低く、より少ないエネルギーしか必要としない場合がある。さらに、本明細書の実施形態は、分解を介して原油の大部分を変換して高収率のオレフィンを生成する。

炭化水素混合物を様々な沸騰画分に分離することにより、機器を適当に設計し、運転条件を制御することにより、各セクションのコークス化を制御し得る。スチームが存在する場合、炭化水素混合物は、対流セクションでコークス化することなく高温に加熱できる。流体を断熱的にさらに蒸発させるために、さらなるスチームを追加し得る。したがって、対流セクションのコーキングは最小限に抑えられる。異なる沸騰カットを独立したコイルで処理できるため、各カットの厳格性を制御できる。これにより、輻射コイルおよびトランスファーラインエクスチェンジャー（TLE）におけるコーキングが減少する。全体的に、重質テイル（高沸点残留物）を除去しつつシングルカットと比較して、オレフィンの生産を最大化できる。さまざまな沸騰画分を有さない全重油の重油処理スキームまたは従来の予熱は、本明細書に開示する実施形態よりも少ない総オレフィンを生成する。本明細書に開示するプロセスにおいて、低沸点ないしいずれかのエンドポイントを有するいずれかの物質を、その物質に最適な条件で処理し得る。原油に対して1つ、2つ、3つ、またはそれを超える個別のカットを実行でき、各カットを最適な条件で個別に処理できる。

飽和および／または過熱希釈スチームを適切な場所に追加して、各段階で望ましい範囲までフィードを蒸発させることができる。炭化水素混合物の粗分離をフラッシュドラムや理論段数が最小のセパレーターなどを介して行って、炭化水素をさまざまなカットに分離する。その後、重質のテイルを処理し得る（現在の開示および水素化分解およびリサイクルのために更新）。

炭化水素混合物は、分解プロセスからの流出物または熱分解リアクター／ヒーターからの煙道ガス（flue gas）を含むプロセスストリームからの廃熱で予熱し得る。あるいは、粗ヒーターを予熱に使用できる。そのような場合、熱分解リアクターの熱効率を最大化するために、他の冷たい流体（ボイラーフィード水（BFW）または空気予熱またはエコノマイザーなど）を対流セクションの最上部のコールドシンクとして使用できる。

熱分解リアクターにおいて炭化水素を分解するプロセスは、トランスファーラインエクスチェンジャー（TLE）などの、対流セクション、輻射セクション、および急冷セクションの3つの部分に分けることができる。対流セクションでは、フィードが予熱され、部分的に蒸発し、スチームと混合される。輻射セクションでは、フィードが分解される（主な分解反応が起こる）。TLEでは、反応する液体を迅速にクエンチして反応を停止し、生成物の混合物を制御する。熱交換による間接的クエンチの代わりに、油を用いた直接的クエンチも許容される。

本明細書の実施形態は、対流セクションを効率的に利用して、分解プロセスを強化する。すべての加熱は、いくつかの実施形態における単一リアクターの対流セクションで行い得る。他の実施形態において、それぞれの画分に別々のヒーターを使用し得る。幾つかの実施形態において、原油は対流バンクの最上段に入り、ヒーターの輻射セクションで生成された高温の煙道ガスで、スチームを加えることなく中間の温度までの運転圧力で予熱される。出口温度は、原油と処理量（throughput）に応じて、150℃から400℃の範囲とし得る。これらの条件では、原油の5％から70％（体積）が蒸発し得る。例えば、この第1の加熱ステップの出口温度は、ナフサ（約200℃までの通常の沸点を有する）が蒸発するようにし得る。350℃（軽油）など、他のカット（エンド）ポイントも使用できる。炭化水素混合物は、ヒーターの輻射セクションで生成された高温の煙道ガスで予熱されているため、限られた温度変動および出口温度の柔軟性が期待できる。

予熱された炭化水素混合物は、未蒸発部分から蒸発部分を分離するためにフラッシュドラムに入る。蒸気はさらに過熱され、希釈スチームと混合され、分解のために輻射コイルに送られる。十分な物質が気化しない場合、過熱した希釈スチームをドラム内の液体に加えることができる。十分な物質が蒸発したら、冷たい（飽和またはやや過熱した）スチームを蒸気に加えることができる。適当な熱バランスをとるために、冷スチームの代わりに過熱した希釈スチームを使用することもできる。

アナフサカット、軽油カット、軽質炭化水素画分などの蒸気画分、および希釈スチーム混合物は対流セクションでさらに過熱され、輻射コイルに入る。輻射コイルは別のセルに存在してもよく、あるいは単一セル内の一群の輻射コイルを使用して蒸気画分中の炭化水素を分解することもできる。希釈スチームの量を制御して、総エネルギーを最小限に抑えることができる。通常、スチームは約0.5w／wのスチーム対オイル比で制御される。約0.3w／wから約0.7w／wなど、0.2w／wから1.0w／wのいずれの値も許容される。

フラッシュドラムの液体（気化されていない）は、少量の希釈スチームと混合され、同一または異なるヒーターに存在し得る第2の対流ゾーンコイルの対流セクションでさらに加熱し得る。このコイルのS／O（スチーム対オイル比）は約0.1w／wであり、0.05w／w～0.4w／wの任意の値が許容される。このスチームも原油と一緒に加熱されるため、過熱したスチームを注入する必要はない。飽和スチームで十分である。ただし、飽和スチームの代わりに過熱スチームを使用し得る。過熱したスチームは、第2のフラッシュドラムに供給することもできる。このドラムは、単純な蒸気／液体分離ドラムでも、内部構造を備えた塔のようなより複雑なものであってもよい。ほとんどの原油では、最終沸点が高く、一部分の物質はこのコイルの出口で決して蒸発しない。典型的な出口温度は、約400℃など、約300℃～約500℃の範囲とし得る。出口温度は、このコイルのコーキングを最小限に抑えるように選択し得る。ストリームに追加するスチームの量は、最小希釈流量が使用され、コーキングを生じない最高出口温度が得られるようにし得る。スチームがいくつか存在するため、コーキングは抑制される。高粘結原油（high coking crude）の場合、より高いスチーム流量が好ましい。

過熱したスチームをドラムに加えると、炭化水素混合物をさらに蒸発させる。蒸気は対流コイルでさらに過熱され、輻射コイルに入る。ライン中の蒸気の凝縮を防ぐため、ドラムの出口（蒸気側）に少量の過熱した希釈スチームを加えることができる。これにより、最終的にコークスになる可能性のあるライン中の重質の物質の凝縮が回避される。ドラムは、この機能にも対応するように設計できる。幾つかの実施形態において、重質物質の凝縮を考慮して、重油処理システム（「HOPS」）塔を使用できる。

気化しなかった液体はさらに処理するか、または燃料に送ることができる。気化しなかった液体をさらに処理する場合は、HOPS塔を優先的に使用できる。気化しなかった液体の一部分を燃料に送ると、気化しなかった高温の液体は、炭化水素原料や第1の液体画分などの他の低温の液体と交換され、例えば、エネルギー回収が最大化される。あるいは、気化されなかった液体を本明細書に記載するように処理して、追加のオレフィンおよびより価値の高い生成物を生成してもよい。さらに、このストリームで利用可能な熱エネルギーを使用して、他の処理ストリームを予熱したり、スチームを生成したりし得る。

輻射コイルテクノロジーは、複数の行と複数の並列パスおよび／またはスプリットコイル配置で、90ミリ秒から1000ミリ秒の範囲のバルク滞留時間を持つ任意のタイプにし得る。それらは垂直であっても水平であってもよい。コイル材料は、むき出しのフィン付きまたは内部熱伝達が改善されたチューブを備えた高強度合金にし得る。ヒーターは、複数のコイルを備えた1つの輻射ボックスおよび／または各ボックスに複数のコイルを備えた2つの輻射ボックスで構成できる。輻射コイルのジオメトリと寸法、および各ボックスのコイルの数は同じでも異なっていてもかまいません。コストが要因でない場合、複数のストリームヒーター／エクスチェンジャーを使用できる。

輻射コイルでの分解に続いて、1つ以上のトランスファーライン交換器を使用して、生成物を非常に迅速に冷却し、（超）高圧スチームを生成し得る。1つ以上のコイルを組み合わせて、各交換器に接続し得る。交換器（またはその複数）は、二重管または複数のシェルアンドチューブ型の交換器とし得る。

間接冷却の代わりに、直接クエンチ（quenting）も使用し得る。このような場合、輻射コイルの出口で油を注入し得る。油クエンチに続いて、水クエンチも使用できる。油クエンチの代わりに、全水クエンチも許容される。クエンチ後、生成物は回収セクションに送られる。

図２は、本明細書の実施形態による１つの統合された熱分解および水素化分解システムの簡略化されたプロセスフロー図を示す。焼成管状炉1は、炭化水素混合物中の炭化水素をエチレンおよびその他のオレフィン化合物に分解するために使用される。燃焼管状炉１は、対流セクションまたはゾーン２および分解セクションまたはゾーン３を有する。炉１は、１つ以上のプロセス管４（輻射コイル）を有し、それを通って炭化水素フィードライン22を介してシステムに導入された炭化水素の一部分を分解して、熱適用時に生成物ガスを生成する。輻射熱および対流熱は、炉床バーナー、フロアバーナー、ウォールバーナーなどの加熱媒体入口8から炉1の分解セクション3に導入され、排気口10から出る熱媒体の燃焼によって供給される。

炭化水素原料22は、全原油19および軽油21の混合物である場合があり、ナフサレンジの炭化水素から通常の沸点が450℃を超える炭化水素までの炭化水素を含む場合があり、熱分解ヒーター1の対流セクション2に配置された加熱コイル24に導入し得る。例えば、475℃を超える、500℃を超える、525℃を超える、または550℃を超える通常の沸点を有する成分を含む炭化水素原料は、加熱コイル24に導入し得る。加熱コイル24では、炭化水素原料を部分的に蒸発させ、ナフサレンジ炭化水素などの炭化水素原料のより軽い成分を蒸発させることができる。次に、加熱した炭化水素原料26は、蒸気画分28および液体画分60に分離するためにセパレーター27に供給される。

スチームはフローライン32を介してプロセスに供給し得る。プロセスのさまざまな部分で低温または飽和スチームを使用し得るが、他の部分では高温過熱スチームを使用し得る。過熱されるスチームは、フローライン32を介して熱分解ヒーター1の対流ゾーン2で加熱された加熱コイル34に供給され、フローライン36を介して過熱スチームとして回収される。

スチームの一部分は、フローライン40を介して供給され、蒸気画分28と混合されてライン42のスチーム／炭化水素混合物を形成する。ストリーム42中のスチーム／炭化水素混合物は、加熱コイル44に供給される。次いで、得られた過熱した混合物は、フローライン46を介して、熱分解ヒーター１の輻射ゾーン３に配置された１つ以上のクラッキングコイル４に供給され得る。次いで、上記のように、熱回収、急冷、および生成物回収（図示せず）のために、分解した炭化水素生成物をフローライン12を介して回収し得る。

過熱スチーム36は、フローライン72を介して直接、セパレーター27に注入できる。過熱スチームをセパレーターに注入すると、蒸気画分28の分圧が低下し、炭化水素の量を増加し得る。スチームまたは加熱スチームは、ストリーム22、26の一方または両方に導入し得る。

水素59、およびフィード混合物22中に高沸点（残留）炭化水素を含む液体画分60は、その後、水素化分解リアクターシステム61に供給される。水素化分解リアクターシステム61は、1つ以上の反応ゾーンを含み、固定床リアクター（またはその複数）、沸騰床リアクター（またはその複数）、または当技術分野で知られている他のタイプの反応システムを含み得る。

水素化分解リアクターシステム61では、水素59および液体画分60中の炭化水素を水素化分解触媒と接触させて、液体画分中の炭化水素の一部分を水素化分解し、他の生成物の中でもオレフィンを含むより軽質の炭化水素を形成し得る。流出物63は、水素化分解リアクターシステム61から回収でき、これには未反応の水素とさまざまな炭化水素が含まれる。次いで、セパレーター65を使用して、流出物中の炭化水素69から未反応水素67を分離し得る。必要に応じて、水素化分解反応システム61で未反応の水素をリサイクルして反応を継続し得る。その後、炭化水素流出物69は、大気蒸留塔および／または真空蒸留塔を含み得る分画システム71で分画して、流出物分炭化水素を2つ以上の炭化水素画に分離し得、それには軽油画分73、ナフサ画分75、ジェットまたは灯油画分77、1つまたは複数の大気圧または真空軽油画分79、および残留物画分81の1つまたは複数が含まれ得る。軽油画分（またはその複数）79またはその一部分は、いくつかの実施形態において、ストリーム21として使用し、全原油19と合して、混合炭化水素フィード22を形成し、熱分解ユニットを備えた水素化分解反応システムに統合する。外部ソースからのものを含む他の軽油画分は、軽油画分（またはその複数）79に加えて、またはその代替として、フィードストリーム21としても使用し得る。さらに、図示していないが、フィード22は、全原油19および／または軽油画分（またはその複数）79に類似する他のフィードも含み得る。残留物画分81またはその一部分は、さらなる変換およびさらなるオレフィンの生成のために、水素化分解反応システムに戻し得る。

図３は、本明細書の実施形態による統合された熱分解および水素化分解システムの簡略化されたプロセスフロー図を示す。炭化水素をエチレンおよび他のオレフィン化合物に分解するために、焼成管状炉1を使用する。燃焼管状炉１は、対流セクションまたはゾーン２およびクラッキングセクションまたはゾーン３を有する。炉１は、炭化水素フィードライン22を通して供給される炭化水素の一部分を通して、熱の適用時に分解して生成物ガスを生成する、１つ以上のプロセス管４（輻射コイル）を含む。輻射熱および対流熱は、炉1バーナー、フロアバーナー、ウォールバーナーなどの加熱媒体入口8を通して炉1の分解部3に導入された熱媒体の燃焼によって供給され、排気口10から排出される。

全原油、またはナフサレンジの炭化水素から450℃を超える通常の沸点温度を有する炭化水素まで沸騰する炭化水素を含む炭化水素混合物などの炭化水素原料は、熱分解ヒーター1の対流セクション2に配置された加熱コイル24に導入し得る。例えば、475℃を超える、500℃を超える、525℃を超える、または550℃を超える通常の沸点を有する成分を含む炭化水素原料は、加熱コイル24に導入できる。加熱コイル24では、炭化水素原料を部分的に蒸発させ、ナフサレンジ炭化水素などの炭化水素原料中の軽質の成分を蒸発させることができる。次に、加熱した炭化水素原料26は、蒸気画分28および液体画分30に分離するためにセパレーター27に供給される。

スチームはフローライン32を介してプロセスに供給される。プロセスのさまざまな部分で低温または飽和スチームを使用し、他の部分では高温過熱スチームを使用し得る。過熱されるスチームは、フローライン32を介して加熱コイル34に供給され、熱分解ヒーター1の対流ゾーン2で加熱され、加熱スチームとしてフローライン36を介して回収し得る。

スチームの一部分は、フローライン40を介して供給され、蒸気画分28と混合されてライン42中でスチーム／炭化水素混合物を形成し得る。次いで、ストリーム42のスチーム／炭化水素混合物は、加熱コイル44に供給し得る。得られた過熱混合物は、フローライン46を介して、熱分解ヒーター1の輻射ゾーン3に配置されたクラッキングコイル4に供給し得る。次いで、熱回収、急冷、および生成物回収のために、分解した炭化水素生成物はフローライン12を介して回収し得る。

同じまたは別のヒーターで、液体画分30をスチーム50と混合し、熱分解リアクター1の対流ゾーン2に配置された加熱コイル52に供給し得る。炭化水素原料中の残留物のより軽質の成分（中～軽油範囲の炭化水素など）を蒸発させます。液体画分30にスチームを注入すると、加熱コイル52でのコークスの形成を防ぐことができる。次に、加熱した液体画分54は、蒸気画分58および液体画分60に分離するために、セパレーター56に送られる。

過熱したスチームの一部分は、フローライン62を介して供給され、蒸気画分58と混合されてライン64でスチーム／炭化水素混合物を形成し得る。ストリーム64のスチーム／炭化水素混合物は、次に、加熱コイル66に送られる。次いで、得られた過熱した混合物は、フローライン68を介して、熱分解ヒーター1の輻射ゾーン3に配置された分解コイル4に供給される。分解された炭化水素生成物は、熱回収、急冷、および生成物回収のために、フローライン13を介して回収し得る。

過熱したスチームは、フローライン72、74を介して、各々、直接、セパレーター27、56に注入できる。過熱したスチームをセパレーターに注入すると、分圧が低下し、蒸気画分28、58中の炭化水素の量が増加する。

炭化水素およびスチームストリームの加熱に加えて、対流ゾーン2は、コイル80、82、84などを介して他のプロセスストリームおよびスチームストリームを加熱するために使用し得る。例えば、コイル80、82、84を使用してBFW（Boiler feed water）および予熱SHP（超高圧）スチームを加熱することができる。

コイル24、52、34、44、66、80、82、84の配置および数は、設計および利用可能な予想される供給原料に応じて変えることができる。このようにして、煙道ガスからのエネルギー回収を最大化するように対流セクションを設計し得る。幾つかの実施形態において、過熱コイル44を過熱コイル66よりも高い煙道ガス温度の場所に配置することが望ましい場合がある。より軽質の炭化水素の分解は、より高い厳格性で行われる場合があり、過熱コイルを適切に配置することにより、特定の蒸気カットに合わせて分解条件を強化または調整し得る。同様に、蒸気画分を別々のヒーターで処理する場合、コイルの位置、ヒーター条件、およびその他の変数は個別に調整して、分解条件を目的の厳格性に一致させることができる。

以下に図6で説明するように、幾つかの実施形態において、第１セパレーター27はフラッシュドラムであり、第２セパレーター56は重油処理システム（ＨＯＰＳ）塔であってもよい。

液体画分60は、図2に関して前記したように、統合された水素化分解システムで処理できる。水素59、およびフィード混合物22に高沸点（残留）炭化水素を含む液体画分60、は、水素化分解リアクターシステム61に供給することができ、これは1つ以上の反応ゾーンを含むことができ、固定床リアクター（またはその複数）、沸騰床リアクター（またはその複数）、または当技術分野で知られている他のタイプの反応システムを含むことができる。

水素化分解リアクターシステム61では、液体画分60を水素化分解触媒と接触させて、液体画分中の炭化水素の一部分を分解して、他の生成物の中でもオレフィンを含む軽質の炭化水素を形成し得る。流出物63は、水素化分解リアクターシステム61から回収でき、これには未反応の水素およびさまざまな炭化水素が含まれる。次いで、セパレーター65を使用して、流出物中の炭化水素69から未反応水素67を分離し得る。その後、炭化水素流出物69は、流出物炭化水素を2つ以上の炭化水素画分に分離するために、大気蒸留塔および／または真空蒸留塔を含み得る分画システム71で画分し得る。前記2つ以上の炭化水素画には、軽質石油ガス画分73、ナフサ画分75、ジェットまたは灯油画分77、1つまたは複数の大気または真空軽油画分79、および残留物画分81が含まれ得る。その後、軽油画分（またはその複数）79またはその一部分（またはその複数）をストリーム21として使用し、全原油19と組み合わせて混合炭化水素フィード22を形成し、水素化分解反応システムと熱分解ユニットを統合し得る。残留物画分81またはその一部分は、追加の変換および追加のオレフィンの生成のために水素化分解反応システムに戻すことができる。

図2または3には示さないが、液体画分60中のさらなる炭化水素は揮発および分解され、プロセスのオレフィン回収が最大化される。例えば、液体画分60はスチームと混合され、スチーム／油混合物を形成し得る。得られたスチーム／油混合物は、その後、熱分解リアクター1の対流ゾーン2で加熱され、スチーム／油混合物中の炭化水素の一部分が蒸発する。次に、加熱したストリームを第3のセパレーターに送り、真空軽油範囲の炭化水素などの蒸気画分を液体画分から分離し得る。過熱スチームは、分離を促進するためにセパレーターに導入される場合も、ならびに蒸気画分に導入する前にトランスファーラインにおける凝縮を防ぐために回収した蒸気画分を分解コイルに導入してオレフィンを生成する場合もある。セパレーターから回収された液体画分には、520℃または550℃を超える通常の沸点温度を有する炭化水素など、炭化水素混合物22の最も重質の沸騰成分が含まれる場合があり、この結果生じる液体画分は図2および3に関して前記したように、統合された水素化分解システムを通してさらに処理し得る。

図2および図3の構成は、混合炭化水素原料全体を個別に処理された画分に全－分画する従来のプロセスに比べて大きな利点を提供する。図4に示す実施形態を使用すると、大幅に変動する原料を処理する能力など、さらなるプロセスの柔軟性を実現できる。

図4に示すように、同じ数字は同じ部品を表し、混合炭化水素フィード22はヒーター90に供給し得る。ヒーター90では、炭化水素フィードを間接的な熱交換で熱交換媒体96と接触させて炭化水素フィード22の温度を上げ、加熱したフィード92が得られる。加熱したフィード92は液体のままか、部分的に蒸発し得る。熱交換媒体96は、混合炭化水素フィード22に熱を提供するために使用される熱交換油、スチーム、プロセスストリームなどとなり得る。

次に、加熱されたフィード92をセパレーター27に導入して、より軽質の炭化水素をより重質の炭化水素から分離し得る。スチーム72は、より軽質の炭化水素の揮発性を高めるために、セパレーター27に導入することもできる。蒸気画分28および液体画分30は、図2および3に関して前記したように処理され、1つ以上の蒸気画分を分解してオレフィンを生成し、550℃以上などの通常の高沸点を有する炭化水素を含む重質の炭化水素画分を回収する。

図4に示すように、交換機またはプレヒーターで外部で粗加熱が行われると、エコノマイザーまたはBFWコイル83が対流セクション2の最上列を占有する可能性がある。供給物の予熱、燃焼用空気の予熱、低圧スチーム生成、または他のプロセス流体の加熱などにより、追加の熱を回収するために組み合わせた煙道ガスを使用できる。

スチームの熱容量は非常に低く、油の蒸発熱も重要である。さらに、熱分解リアクターの対流ゾーンで利用可能な熱エネルギーは無限ではなく、炭化水素フィードの揮発、スチームの過熱、および炭化水素／スチーム混合物の輻射コイルへの過熱という複数のタスクの結果、大量の高沸点物質の除去を生じ得る。別個のヒーターを使用して、炭化水素原料および／または希釈スチームを予熱し得る。その結果、プロセス全体で、少量および多量の重質の炭化水素混合物を処理する際の柔軟性が高まり、炭化水素混合物からの全オレフィン収率が改善される。

この実施形態は、炭化水素原料のみを予熱するために専用ヒーター100が使用される図５で拡張する。ヒーター100は、好ましくは、いずれのフィードもオレフィンに分解せず；むしろ、上記のように対流セクション加熱の役割を果たす。図５に関して列挙された温度は例示にすぎず、所望の炭化水素カットを達成するために変更されてもよい。

原油102は加熱コイル104に供給され、ヒーター100で比較的低い温度まで予熱される。次に、加熱したフィード106は、希釈スチームまたは過熱希釈スチームとし得るスチーム108と混合される。予熱およびスチームの接触により、通常の沸点が約200℃以下の炭化水素（すなわち、ナフサ画分）を気化し得る。次に、揮発した炭化水素およびスチームはドラム110で揮発しなかった炭化水素から分離し、蒸気画分112および液体画分114を回収し得る。その後、必要に応じて蒸気画分112をスチームでさらに希釈し、対流セクションで過熱し、熱分解リアクターの輻射コイルに送り得る（図示せず）。

液体画分114は、希釈スチーム116と混合し、それは飽和希釈スチームとし得、加熱コイル117に送られ、焼成ヒーター100で中程度の温度まで加熱し得る。次に、加熱した液体画分118は過熱希釈スチーム120と混合し、混合物はフラッシュドラム122に送られる。約200℃から約350℃の範囲で沸騰する炭化水素は、蒸気画分124として蒸発および回収される。次に、蒸気画分124は過熱され、熱分解リアクターの輻射セクション（図示せず）に送られる。

フラッシュドラム122から回収された液体画分126は再び飽和（または過熱）希釈スチーム127で加熱され、コイル128を通過し、さらに焼成ヒーター100で過熱される。過熱された希釈スチーム130を加熱した液体／蒸気ストリーム132に加え、蒸気画分136および液体画分138に分離するためにセパレーター134に供給し得る。この分離により、350℃から550℃（VGO）部分が切り出され、蒸気画分136として回収され、必要に応じて追加の希釈スチームで過熱され、熱分解リアクター（図示せず）の輻射セクションに送られる。

幾つかの実施形態において、セパレーター134はフラッシュドラムとし得る。他の実施形態において、セパレーター134はHOPS塔であってもよい。あるいは、分離システム134は、フラッシュドラムおよびHOPS塔の両方を含むことができ、蒸気画分136はフラッシュドラムから回収され、次いで希釈スチームでさらに加熱され、HOPS塔に供給される。HOPSユニットを使用する場合、蒸発可能な材料のみが分解される。蒸発されなかった材料１３８は回収され、燃料に送られ、例えば、以下に説明するように追加のオレフィンを生成するためにさらに処理し得る。追加の希釈スチームが蒸気に追加されてから、熱分解炉の輻射セクションに送られる（図示せず）。このようにして、個別の焼成ヒーターを使用すると、多くのカットが可能であり、各カットは最適に分解し得る。

上記の各実施形態について、共通のヒーター設計が可能である。このようなヒーターの熱効率を上げるには、図4に示すように、一番上の列（コールドシンク）を任意の低温流体またはBFWまたはエコノマイザーにし得る。スチームの有無にかかわらず流体の加熱および過熱は、対流セクションもしくは輻射セクションで、または焼成ヒーターの両セクションで行い得る。分解ヒーターの対流セクションで追加の過熱を行い得る。ヒーターでは、液体の最大加熱は、原油のコーキング温度よりも低い温度に制限する必要がある。コーキング温度は、ほとんどの原油では約500℃である。高温では、コーキングを抑制するために十分な希釈スチームが存在する必要がある。

希釈スチームは、クラッキングヒーターのエネルギーバランスが分解厳格性に大きく影響することがないように過熱することもできる。通常、希釈スチームは、フィードが分解されるのと同じヒーター内（統合という）で過熱される。あるいは、希釈スチームは別々のヒーターで過熱することもできる。統合または個別の希釈スチームスーパーヒーターの使用は、煙道ガスで利用可能なエネルギーに依存する。

HOPS塔150の簡単なスケッチを図6に示す。このスキームのさまざまな変更が可能である。HOPS塔では、過熱希釈スチーム152が高温の液体154に追加され、2～10の理論段階を含む分離ゾーン156を使用して、揮発化可能な炭化水素を不揮発の炭化水素から分離する。このプロセスにより、蒸気中の高沸点のキャリーオーバー液がコーキングを引き起こすため、オーバーヘッド画分160への微細な液滴のキャリーオーバーが減少する。重質で蒸発できない炭化水素は底画分162で回収され、揮発性炭化水素および希釈スチームはオーバーヘッド生成物画分164で回収される。HOPS塔150には、内部ディストリビューターがパッキングされるかされないで含まれ得る。HOPS塔を使用する場合、蒸気／液体分離はほぼ理想的である。蒸気のエンドポイントは、動作条件に基づいて予測可能であり、蒸気相での液体のキャリーオーバーを最小限に抑えることができる。このオプションはフラッシュドラムよりも高価であるが、コーキングの削減の利点は追加の費用を十分に上回る。ストリーム162中の液体は、継続的な処理のためにプロセスの適切な段階にリサイクルされる。

本明細書における実施形態において、すべての蒸気画分は、異なるコイルの同じリアクターで分解され得る。この方法では、単一のヒーターを異なる画分に使用でき、各カットの最適な条件を実現できる。あるいは、複数のヒーターを使用することもできる。

ストリーム60、138中のような得られる非揮発性材料は、図２および図３に関して図示し説明したように、統合水素化分解ユニットに供給し得る。

幾つかの実施形態において、液体画分30または60などの1つ以上の液体画分をさらに処理して、金属、窒素、硫黄、またはコンラドソン残留炭素を除去してから統合された水素化分解および熱分解システム内で処理することが望ましい場合がある。本明細書の実施形態によるこのさらなる処理および統合のための１つの構成を図７に示す。

図7に示すように、例えば図2および3に関してフィード22について前記するように、全原油または軽油と混合した全原油などの炭化水素混合物222は、熱分解ヒーター201の対流ゾーン202に送られる。加熱された混合物224は、セパレーター203でフラッシュされ、蒸気画分204は熱分解ヒーター201反応セクション（輻射ゾーン）205に送られ、そこで蒸気ストリームがオレフィンに転化される。次に、得られる流出物206は、オレフィン回収セクション208に送られ、そこで炭化水素は、軽油ガス画分209、ナフサ画分210、ジェットまたはディーゼル画分211および重質画分212などの様々な炭化水素カットに分画を介して分離され得る。

セパレーター203から回収された液体部分214は、固定床リアクターシステム216で水素処理されて、金属、硫黄、窒素、ＣＣＲ、およびアスファルテンのうちの１つ以上を除去し、より低密度の水素処理液体218を生成する。その後、液体218は、熱分解ヒーター221の対流ゾーン220に送られる。セパレーター219を使用して、水素化処理液218から蒸気245を除去し得、いくつかの実施形態において、蒸気245は蒸気204と同じまたは異なるコイルで、熱分解ヒーター201の反応セクション205で反応し得る。

次に、対流ゾーン220における液体218の加熱から生じる加熱された混合物243は、セパレーター226でフラッシュされ、蒸気227は熱分解ヒーター221反応ゾーン228に送られ、そこで蒸気ストリームはオレフィンに転化され、フローライン247を介してオレフィン回収セクション208に送られる。

セパレーター226からの液体229は沸騰床またはスラリー水素化分解リアクター250に送られ、名目上550℃を超える液体沸騰をほぼ完全に変換して、炭化水素を<550℃の生成物に変換する。水素化分解反応ゾーン250からの流出物253は、分離ゾーン255に供給され、そこでリアクター流出物からのより軽質の生成物251が蒸留され、ヒーター201および221のそれぞれの熱分解リアクターゾーンに送られ、ハイドロトリーター216を経由し得、または熱分解リアクターゾーンに供給される同様の沸点範囲のストリームと単純に組み合わせることができる。

分画セクション208（本質的に370～550℃）からの液体212は、ナフサ261またはナフサおよび未転化オイルストリーム261に完全転化するために、沸騰床またはスラリー水素化分解システム250の残留物と統合された完全な変換水素化分解ユニット260に送られる。ストリーム261中の全ナフサ生成物の場合、ナフサ261は、個別の熱分解ヒーター（図示せず）の反応ゾーン、または反応ゾーン205、228のうちの1つの中のヒーターコイルで処理し得る。他の実施形態において、ナフサおよび未転化オイルストリーム261は、1つまたは複数のセパレーター270、272でさまざまな画分274、276に分離され、それらは、各々反応ゾーン205、228において蒸気画分204、245、227を用いて共反応または分離のために反応ゾーン205、228に供給し得る。未転化油ストリームまたはその一部分の加熱および分離は、熱分解ヒーター292の対流セクション290で行い得る。次いで、未転化油ストリーム中の液体280は、オレフィンへの転化のために熱分解ヒーター292中のそれ自身の熱分解反応セクション294に送り得る。その後、熱分解流出物296は、オレフィン回収ゾーン208に供給し得る。

本明細書の実施形態は、原油から化学物質へのプロセスを原油に関して非常に柔軟にしつつ、精製所を完全に排除し得る。本明細書で開示するプロセスは、高レベルの汚染物質（硫黄、窒素、金属、CCR）を含む原油に対して融通性があり、これにより、非常に軽質の原油または凝縮物のみを処理できる全原油プロセスと区別される。非常に大きなリアクター体積を含み、水素添加の点で非効率的である全原油の全体を水素化処理することとは対照的に、本明細書のプロセスは、必要に応じてプロセスの正しい時点でのみ水素を添加する。

さらに、本明細書の実施形態は、原油成分の選択的水素化処理および水素化分解に由来する異なるタイプのフィードを処理するために、熱分解対流損および反応ゾーンのユニークなブレンドを利用する。原油の完全な転化は、精油所なしで達成できる。

対流セクションで生成された蒸気および液体は、HOPSセパレーターを介して効率的に分離し得る。本明細書の実施形態は、第１のヒーターの対流セクションを使用して、容易にオレフィンに転化でき、水素化処理を必要としない軽質成分を分離する。その後、液体は、HDM、DCCR、HDS、およびHDNの固定床触媒システムを使用してさらに熱分解する前に、収率／汚損率（fouling rate）に影響を与えるヘテロ原子を除去するために効率的に加水分解し得る。本明細書の実施形態は、また、中間段階で原油中の最も重質な成分を転化するために、沸騰床またはスラリー水素化分解反応および触媒システムを使用し得る。

本明細書の実施形態は、固定床水素化分解システムをさらに利用して、最も重質の粗製成分の転化に由来する低密度の芳香族生成物を、ついで熱分解に送ることができる高水素含有量生成物へ変換する。本明細書の実施形態は、水素を慎重に添加し、処理中のフィードに合わせた専用ヒーターで熱分解反応を行うことにより、熱分解燃料油の生成を最小限に抑えることもできる。HOPSセパレーターでのフィードの分離など、フィードのさまざまなカットを処理できる水素化システムによって、熱分解オイルの生産が最小限に抑えられる。本明細書の実施形態によって生成される熱分解油は、異なる水素化分解セクション内で回収および水素化処理され、低価値の熱分解油の輸出を回避する。

さらに、本明細書の実施形態の特徴は、熱分解燃料油の水素化分解および水素化分解された材料の熱分解である。典型的なVGOは約12～13重量％の水素を含み、一方でPFOは約７重量％の水素を含む。さらに、PFOは、6環を超える炭化水素分子など、かなりの量の多核芳香族を含み得る。そのため、PFOよりも真空軽油の水素化分解が容易である。本明細書の実施形態におけるハイドロクラッカーは、このような重質のフィードを取り扱うように設計し得る。

実施例

実施例1:アラビア原油

表1は、粗分解で得られた計算収量を示す。すべての計算は、理論モデルに基づいている。運転時間（数時間であっても）が因子ではないと仮定すると、他の厳格性を使用することもできるが、高い厳格性の収率が示されている。

本実施例に関しては、ナイジェリアの軽質原油を考慮する。原油は、表1に示す特性および蒸留曲線を有していた。

モデルに基づいて計算した、原油を分解するためのシミュレーション熱分解収率を表2に示す。この例では、以下を含む3つのケースを実験した。ケース1－軽油生成物統合を伴う全原油;ケース2－軽油統合および残留ハイドロクラッカーを用いた全原油、および参考ケース、ケース3－フルレンジナフサの熱分解。

ナフサカット（＜200℃）、軽油カット（200～340℃、およびVGO＋（＞340℃）を考慮した。ケース1では、ナフサカットおよび軽油カットを熱分解コイルにおけるのと同様に分解した。VGO＋材料は残留ハイドロクラッカーに送られる。ハイドロクラッカーの生成物は熱分解ユニットに送られる。ハイドロクラッカーの汚染率を最小限に抑えるために、ブリードとして小さな画分がハイドロクラッカーから除去する。

ケース2では、ケース1と同様に、生成した熱分解軽油および熱分解燃料油（205℃＋）が残留ハイドロクラッカーに送られ、ハイドロクラッカーからの生成物は熱分解ユニットに送られる。

すべての場合において、フィードは、フィードの消費を最小限に抑えるために、高い厳格性まで分解される。参照として、典型的なフルレンジナフサを考慮する。ナフサの特性は次のとおりである：重＝0.708、初期沸点＝32℃、50vol％＝110℃、エンドポイント沸点＝203℃；パラフィン＝68wt％、ナフタレン＝23.2wt％、および芳香族＝8.8wt％。

すべての場合において、オレフィン工場で生産されたエタンおよびプロパンは消滅するまでリサイクルされる。エタンは、65％の転化レベルで分解する。この例では、選択性の高い2つのSRTヒーターを使用している。コイル出口圧力は1.7 baraに選択する。

次の表は、高い厳格性での典型的な100万トンのエチレン生産の物質収支を示している。

重質物を水素化分解し、生成物が原料としてオレフィン工場に送られると、アナフサクラッカーに匹敵する最終的な収率を生み出す。残油水素化分解装置を使用しない場合、残油が水素化分解されるだけでなく、オレフィン複合体で生成される燃料油も水素化分解され、オレフィン複合体へのフィードとして統合される。これにより、最終収量が向上し、一般的なナフサクラッカーよりも優れている。原油をさまざまな画分に分離することなく、従来の水素化分解装置および／または残留物水素化分解装置と統合することにより、原油をオレフィン複合体で処理できる。これにより、最終的なオレフィン生産が改善され、フィード消費が最小限に抑えられ、原油分解の経済性が改善される。価値の低い燃料油の生産が大幅に削減され、資源が保存される。

灯油やディーゼルなどの高価値燃料が必要な場合、これらの生成物はハイドロクラッカーで使用される蒸留塔から入手できる。これらはハイドロコンプレックスに送られない可能性がある－ハイドロクラッカーを通過したため、燃料仕様を満たし、原油カラムから製造される際に原油蒸留ユニットに必要な別個の水素化処理ユニットを回避する。これにより、設備投資が削減される。さらに、本明細書で提案されるフローシートは、必要なオレフィン対燃料比を満たすように修正されてもよい。

実施例2

アラビア原油を使用すると、次の物質収支が発生する。

このバランスのために、LPGを含まず、対応する1564.3 kTAの残留物と混合された10,000 KTAの残留物を含まない粗液体を基準として選択する。残留物を含まない部分は従来のフィードである。高い厳格性（ケース1A）では、3637.8 kTAのエチレンおよび1572.7 kTAのプロピレンが生成される。低い厳格性（ケース1B）では、同じ量のフィードが3435.5 kTAのエチレンおよび11926.7 kTAのプロピレンを生成する。原油には残留物が含まれており、10,000 KTAの分解性材料を得るには、11564.3 kTAの原油を使用する必要があり、1564.3 kTAの残留物は拒否される。現在、分解可能なフィードは、軽ガス（668.4 kTA）、ライトナフサ（2889.2 kTA）、ヘビーナフサ（2390. KTA）および重油（4052.4 kTA）である。ケース1A、2A、3Aは、高厳格性のオレフィン工場のすべてのフィードを分解している。ケース1B、2B、および3Bは、対応する重大度の低厳格性のケースである。

ケース1A、1Bは、従来の方法でガス状フィード、ナフサフィード、および高沸点材料を使用している。重質の沸騰材料の一部分は水素化分解されて、オレフィン工場へのフィードを生成する。

ケース2A、2Bは同じフィードを使用し、残留物は残留物水素化処理ユニットで水素化分解され、ケース1Aまたは1Bで使用されたフィードに加えて、ハイドロクラッカーの生成物が分解される。

ケース3A、3Bは、2Aまたは2Bで使用したすべてのフィードを使用し、水素化処理した熱分解燃料油（PFO）を分解もする。この熱分解燃料油は、特殊なハイドロクラッカーで水素化分解される。生産されたPFOは、クラッカーで生産され、水素化分解後にクラッカーにリサイクルされる。

残留物の分解とリサイクルPFO水素化分解により、下表に示すように、エチレンおよびプロピレンの生産が大幅に増加する。すべての値はKTA（年間キロトン）である。

残留物および熱分解燃料オレフィンを分解することにより、収率が大幅に向上する。一定量のエチレンまたはオレフィン生産の場合、原油消費量が削減される。これは、水素化処理後の分解残留物および熱分解燃料油の利点である。業界では、表に示されている％C2＋C3は最終収率として示される。

上記の例のいくつかでは、高い厳格性のクラッキングが使用されている。本明細書の実施形態は、高い厳格性に限定されない。熱分解ヒーターは、目的のプロピレン対エチレン比（propylene to ethylene ratio）を満たすように変更できる。非常に高いプロピレン比が必要な場合、得られたブテンとエチレンを使用するようにオレフィン変換技術を使用して、プロピレンを生成し得る（メタセシスなど）。追加のブテンは、熱分解で生成されたブテンがオレフィン変換に不十分な場合、エチレン二量化技術を使用して生成し得る。したがって、必要に応じて、0％のエチレンを含む100％プロピレンを生成し得る。逆オレフィン変換技術を使用すれば、プロピレンをエチレンとブテンに変換し得る。したがって、100％エチレンと100％プロピレンは、熱分解、残油ハイドロクラッカー、オレフィン変換技術、および／または二量化技術を統合して原油から製造できる。

上述のように、本明細書の実施形態は、全原油および高沸点コークス前駆体を含む他の炭化水素混合物を柔軟に処理し得る。本明細書の実施形態は、過酷な条件であっても、予熱、過熱、およびクラッキングプロセス中のコーキングおよびファウリングを有利に低減し得る。本明細書の実施形態は、複数のヒーターでの画分の事前分画および別個の処理に関連する資本およびエネルギー要件を大幅に削減しながら、望ましい収率を達成し得る。

本明細書の実施形態によるクラッキングプロセス全体のコーキングの抑制、および熱分解と水素化分解の統合は、オレフィン収率の増加、運転時間の延長（ダウンタイムの短縮）、および重質炭化水素を含むフィードを処理する能力などの重要な利点を提供する。さらに、蒸留分離や個別の分解リアクターを含む従来のプロセスに比べて、大幅なエネルギー効率が得られる可能性がある。

本開示は限られた数の実施形態を含むが、本開示の利益を有する当業者であれば、本開示の範囲から逸脱しない他の実施形態が考案され得ることを理解するであろう。したがって、範囲は添付の特許請求の範囲によってのみ制限されるべきである。

Claims (5)

1. オレフィンおよび／またはジエンを生成するシステムであって：
   対流加熱ゾーンおよび輻射加熱ゾーンを含む熱分解ヒーター；
   全原油を部分的に蒸発させて液体画分および蒸気画分を形成するための対流加熱ゾーン中の加熱コイル；
   蒸気画分を過熱するための対流加熱ゾーン中の第２の加熱コイル；
   過熱した蒸気画分を熱的に分解してオレフィンおよびパラフィンの混合物を含む分解した炭化水素流出物を生成するための輻射加熱ゾーン中の輻射加熱コイル；
   液体画分の少なくとも一部分を水素化分解して、さらなるオレフィンおよび／またはジエンを含む水素化分解した炭化水素流出物を生成するための水素化分解反応ゾーン；
   水素化分解した炭化水素流出物を分離して、軽油画分を含む２以上の炭化水素画分を回収するためのセパレーター；および
   軽油画分を全原油と加熱コイルの上流で混合するための手段
   を含む、システム。
2. スチームを蒸気画分と第２の加熱コイルの上流で混合するための手段をさらに含む、請求項１に記載のシステム。
3. 液体画分を部分的に蒸発させて第２の液体画分および第２の蒸気画分を形成するための対流加熱ゾーン中の第３の加熱コイル；
   第２の蒸気画分を過熱するための対流加熱ゾーン中の第４の加熱コイル；
   過熱した蒸気画分を熱分解して、オレフィンおよびパラフィンの混合物を含む第２の分解した炭化水素流出物を生成するための輻射加熱ゾーン中の第２の輻射加熱コイル；および
   第２の液体画分を液体画分の少なくとも一部分として水素化分解ステップに供給するためのフローライン
   をさらに含む、請求項１に記載のシステム。
4. スチームを部分的に蒸発した液体画分と混合し、その混合物を分離して第２の液体画分および第２の蒸気画分を形成するための手段をさらに含む、請求項３に記載のシステム。
5. スチームを部分的に蒸発した全原油と混合し、その混合物を分離して液体画分および蒸気画分を形成するための手段をさらに含む、請求項１に記載のシステム。