JPH01158095A - 重質炭化水素の水素化分解方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は重質炭化水素原料の水素化分解り法およびその
方法を実施するための装置に関する。

更に詳しくは、重質炭化水素のコークス化を起さしめる
ことなく、水素ラジカルを活用して、重質炭化水素の水
素化分解を行わしめ、良好な歩留、製品の安定性を得る
方法および装置に関する。

〔従来の技術〕

水素化分解として知られている方法、あるいは水素の存
在下での炭化水素の分解方法は、分子量の大きい重質炭
化水素から炭素−炭本結合を破壊して、より軽質の炭化
水素を得るために、分子けの大きい炭化水素を接触分解
させることにある。

この反応は吸熱反応で、良好に決定された温度範囲にお
いて行われる。この温度範囲より高い温度では炭化水素
はコークス化によって劣化する。

水素ラジカルが存在すれば、この分解反応の速度は増大
し、製品の粘度は炭化水素の分子鎖の短縮によって低下
させられる。その上製品の安定性、歩留が従来の接触分
解方法によって得られた製品よりも優れている。

〔発明が解決しようする課題〕

このように水素ラジカルの存在は水素化分解反応にとっ
て好ましいことであるが、水素ラジカルの生成において
相当濃度を得るためには高温に達することが必要である
。かくして水素ラジカル生成の温度は、重質炭化水素の
コークス化が始まる温度範囲になり、水素化分解反応の
範囲としては余りに高すぎる。

本発明の目的は重質炭化水素の水素化分解のために水素
ラジカルを利用する従来の技術において、すべての反応
をその炭化水素のコークス化が起らない温度において行
わしめ、水素化分解歩留を改良し、製品の安定性を増大
させる方法およびその方法を実施する装置を提供するこ
とにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明者らは前記課題を解決するために鋭意研究を行っ
た結果、流れるガスによって流動化している固体粒子の
床の中に水素を含むプラズマを混合することにより、プ
ラズマより低い温度の水素ラジカルを流れるガス中に生
成させることができることをみいだし本発明を完成した
。

すなわち本発明は水素を含むプラズマを流動化ガスによ
って流動化された固体粒子の流動床中に混合して、その
プラズマの温度より低い温度の水素プラズマを流動ガス
中に生成させ、このように生成された冷却水素ラジカル
を重質炭化水素原料と反応させ、該炭化水素原料の水素
化分解によって、流動ガス中に軽質炭化水素を生成させ
ることを特徴とする重質炭化水素の水素化分解方法であ
る。

発明の方法のその他の特徴としては： 水素ラジカルが重質炭化水素と反応している反応器を通
り抜けた流動ガスを流動床の下流に循環させることが好
ましい。

また水素化分解率および得られた炭化水素の切断された
分子鎖の長さを調整するように反応器中に決められた時
間、流動ガスを滞留させるものである。

また固体粒子には水素化分解用触媒を含有せしめる。

プラズマには水素を含み、また約８０容量％のアルゴン
を含むことが好ましい。

流動床は噴出タイプのものとすることが好ましい。

プラズマは、その流動床の側面に注入することが好まし
い。

固体粒子を流動化させる流動ガスはアルゴンおよび／ま
たは水素ガスを含むことが好ましい。

重質炭化水素原料は流動床の中に注入することが好まし
い。

流動化ガスは、流動床の上流で予熱することが好ましい
。

重質炭化水素原料は流動ガスの中に注入する前に予熱お
よび気化させることが好ましい。

その他の変形例としては、重質炭化水素原料を流動床の
表面に注入する。

その他の別の変形例としては、重質炭化水素原料を流動
床の下流の反応器の中に注入するものである。

本発明はまた、前記に定義された方法を実施、するため
の重質炭化水素原料を水素化分解する装置を提供するこ
とを目的とする。

本発明の装置は、流動床装置であって、流動床の底のレ
ベルから流動化ガスを注入する手段３（番号は第１図の
図面参照）と、流動化ガスの最終の出口手段および流動
床を形成するのに供する固体粒子の集積物Ｍとを含む流
動床室１を含む装置と、該流動床室の内部の粒子流動床
の中にプラズマを注入するのに適応した水素を含むガス
のプラズマトーチ５とを含むことを特徴とする重質炭化
水素の水素化分解装置である。

発明の装置のその他の特徴としては： 反応器は前記の流動床室の出口に連絡することは予測さ
れるであろう。

この反応器は管状反応器であることが好ましい。

プラズマのトーチはプラズマが流動床の側面に注入され
るような作り方で、流動床室の側面の壁面のレベルで接
続されていることが好ましい。

流動床室の壁面はアルミナ製であることが好ましい。

流動床室の底は、上の方に向って口を拡げた、漏斗状の
形をしており、その下の部分に流動化ガスの注入手段が
接続する孔があけられていることが好ましい。

流動化ガスの注入手段には、加熱手段を備えた管を含ん
でなり、管内には熱交換材料である固体粒子を備えてい
ることが好ましい。

本発明は、本発明の方法および装置に関する記載および
、これにひきつづいての記載の知識にもとづき、更に添
付された図面を参考にして、よりよ〈実施することがで
きる。

第１図は、本発明に従って水素化分解を実施する装置の
概略図である。

第２図から第５図は、第１図に図解された装置の出口で
のガス相および液相中に集められた炭化水素製品を別の
分析試験によって分析した結果であって、炭素数の函数
として各炭化水素の分布の重置％を図解するヒストグラ
ムであるる。

第１図について、装置は一般に平行六面体の形をした流
動床室１を含んでおり、上に向って口を拡げた形をした
底部２は流動化ガスの注入手段３と接続されている。

管状反応器４は流動床室１の上部に、反応器４が室の上
部と通じるように接続されている。

通常のインダクシ］ンコイル６をつけたプラズマトーチ
５が流動床室の側面の壁面を貫いて、流動床室１の中に
配置された粒子の集積物Ｍの中にプラズマを注入するよ
うに設けられる。

集積物Ｍの粒子は通常の水素化分解触媒例えばアルミナ
を含んで準備される。

この粒子集積物は流動床室の中に貫通する流動化ガスに
よって噴出タイプの床として流動化されるように予定さ
れている。

流動床室１は厚さ４縮のアルミナの内壁面を有する。ア
ルミナの上に耐火セメントによって貼られた厚さ２０履
の多孔質レンガ積によって外側を断熱されている。この
レンガ積は石綿のベルトで１４履厚さのガラス繊維の層
で取囲んで再び覆われている。

流動化ガスの注入手段３は、長さ３００　ｃｍ　、直径
４０ｍで流動床ｖ１の底部に孔を通じた不透明シリカで
作った管７を含んでいる。この管７は流動化ガスの予熱
に供する５００Ｗの加熱ベルト（図示せず）で取りまか
れている。

そして管７はガスと管の壁面との間の熱交換を容易にす
るため２〜６４ＩＩＩ直径のアルミナの球で充填されて
いる。

流動化されるＡｊ２０３の粒子は、粒子の４３重量％が
５００〜３５０μｍの間に含まれる直径をもち、５７重
量％が６３０〜５００μ瓦の間に含まれる直径をもつよ
うな粒度を有している。

この粒度割合は、流動化ガスの５０１／■ｉｎ、のオー
ダーの排出値までは、流動床室１の粒子が連び去られる
ことなく、噴出流動を可能にする。

管７の下部には通常の真！＆製の注入口８が装備されて
いる。

管状反応器４は、直径８５＃＋ｓ＋、長さ５００ａｍの
シリカチューブから構成されている。この中間部分には
熱電対（図示せず）が、反応器を通り抜けて流れるガス
の湿度を測定するために設けられている。

管状反応器４の出口は、出てゆく炭化水素製品の凝縮に
よって、それを回収し、分留する手段に連絡されている
。

その手段は管状反応器４の出口付近に設けられている。

反応器の出口に水冷凝縮器９、順次にドライアイスによ
るトラップ１０、および液体窒素によるトラップ１１が
連絡されている。

液゛体窒素のトラップの下流は、図示されていないポン
プによってその中を減圧にされたガラス洗浄瓶１２に連
絡されている。

装置の作動中、前記の装置の働きは次の通りである。

決められた直径を有し、触媒を含む固体粒子の集積物Ｍ
は、アルゴンおよび／または水素および気化された炭化
水素の混合物によって作られる流動化ガスの一定の排出
によって、室の壁面に向って垂れる噴水の形を表わして
噴出床となって流動化される。

流動化ガスはアルミナの球を充填された管７の中で予熱
される。

脂肪族および／または環状化合物の重質炭化水素原料は
、その中で気化され、予熱される中間装置（図示せず）
を経て、流動床の中に導入される。

プラズマトーチ５は、特にアルゴンを含む水素ガスのプ
ラズマを流動層の床の中へ側面から注入する、そしてそ
の場所で自身を混合し、冷却する部分で、粒子に自身の
熱を移し、そこで流動化ガスと熱交換する、従って、そ
の場所における滞留が著るしくプラズマの温度を低下さ
せ、そしてそれ故に炭化水素のコークス化の原因を生じ
させない温度調整により、重質炭化水素に対して、水素
ラジカルの存在による水素化分解反応をかくて可能なら
しめるのである。

水素ラジカルの存在下の水素化分解反応は管状反応器４
の中でも継続する。そしてその内部での流れるガスの滞
留時間が、重質炭化水素の水素化分解の率を調整し、か
くて得られた軽質炭化水素の分子鎖の長さを調整して、
分解の仕方を決定する。

管状反応器４を出た炭化水素製品は、次に、その製品を
より軽質にするため、水冷凝縮器９の中で、つぎにドラ
イアイストラップ１０（−６０℃）の中で、そしてそれ
につづいて液体窒素トラップ１１（−１９６℃）の中で
、その凝縮点の作用で分留される。

プラズマトーチは９ＫＷまでの能力を有し、効率５０％
であり、５　Ｍ　Ｈｚの周波数で作動する。

プラズマガスの排出量は、例えば３５〜４０１／１ｎ、
のアルゴンと７Ｊ／ｗｉｎ、の水素とで４２〜４７Ｍ　
／ｓｉｎ、である。

エネルギーを要求する水素ガスプラズマは、アルゴンプ
ラズマより重要であり、プラズマガス中で水素の排出量
を増加させるにつれて、インダクション６の端子電圧を
増大させる。

プラズマガスの中でのアルゴンの活用は、ＡｒＨ＋の類
のラジカル発生の範囲において特別な興味がある。その
活性持続時間は凡そ数秒とみられるが、水素ラジカルの
活性持続時間を増加することを可能にする。

気化した重質炭化水素原料の存在する流動化粒子の床の
中で、ベースの水素ガスにプラズマを注入すると、流れ
る流動化ガスとプラズマの中で急速な熱交換を可能にし
、水素化分解反応を実現するために申し分のない管制さ
れた温度で水素ラジカルの重要な陽を準備することを可
能にする。

〔実施例〕

以下に実施例によって、本発明を具体的に説明するが、
本発明はこの実施例によって何等限定されるものではな
い。

実施例において、水素分解反応の実施のために０２゜の
脂肪族炭化水素を処理した。得られた炭化水素を水素焔
イオン化検出器（ＦＩＤ）をつけたクロマトグラフィー
で分析した。

クロマトグラフィーとしては液状炭化水素の分離のため
には１０％の５Ｅ３０カラムと、ガス状炭化水素および
軽質炭化水素の分１１１（７）ためには７％のスクリー
ンのカラムを使用した。

得られたクロマトグラムは、第２図から第５図において
、ヒストグラムの形で示した。反応条件およびその結果
は下記の第１表と第２表に記載される。

記載した実験の間に得られた製品の９０重量％は炭素数
１〜４を含むガス状の物である。製品の１０％を形成す
る炭素数５〜２０で構成される炭化水素は液状である。

製品のこの２つのタイプのものを別々に分析すると次の
ような結果である。

〔発明の効果〕

本発明の方法および装置によって得られた軽質炭化水素
は９０重重量がガス状炭化水素であり、実施例１．２に
よれば、その内５０％程度が有用なエチレン、プロピレ
ンであり、実施例３．４では７０％以上のエチレンとプ
ロピレンを得ており、水素化分解率が高く、歩留が優れ
ている。

反応器中での滞留時間の制御により、水素化分解率、製
品の分子鎖の長さを容易に調整し得る。

従って製品の安定性も優れている。

これはコークス化の起らない温度において、水素ラジカ
ルを有効に水糸化接触分解に活用した効果であり、重質
炭化水素の有効活用上の効果は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の水素化分解装置の概略図である。 第２図から第５図は第１図の装置による炭化水素製品を
分析した結果であり、炭素数の函数として、製品名炭化
水素の分布の重量％をヒストグラムとした図である。 １・・・流動床室、２・・・流動床室底部、３・・・流
動化ガス注入手段、４・・・管状反応器、５・・・プラ
ズマトーチ、６・・・インダクションコイル、７・・・
流動化ガス注入管、８・・・流動化ガス注入口、９・・
・水冷凝縮器、１０・・・ドライアイストラップ、１１
・・・液体窒素トラップ、１２・・・・・・ガラス洗浄
瓶、Ｍ・・・流動化粒子集積物。 出願人代理人　　藤　　本　　博　　光量　１　回 ０　　２　　４　　６　　８　　　＋０　１２　　１４
　　１６　　１８　　２０１　　３　　５　　７　　９
　　１１　　１３　　１５　　１７　　１９、−一一次
素数 ０２４６８１０１２１４１６旧２０ １　　３　　５　　７　　９　　　ＩＩ　　　１３　　
１５　　１７　１９□炭素代 □炭案収 某　４　図 一決を釈 第　５　隠

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、水素を含むプラズマを流動化ガスによって流動化さ
   れた固体粒子の流動床中に混合して、そのプラズマの温
   度より低い温度の水素プラズマを流動ガス中に生成させ
   、このように生成された冷却水素ラジカルを重質炭化水
   素原料と反応させ、該炭化水素原料の水素化分解によっ
   て、流動ガス中に軽質炭化水素を生成させることを特徴
   とする重質炭化水素の水素化分解方法。 ２、水素ラジカルを重質炭化水素と反応させて反応室を
   通り抜けた流動ガスを流動床の下流に循環させることを
   特徴とする請求項第１項記載の重質炭化水素の水素化分
   解方法。 ３、水素化分解率と得られる炭化水素の分子鎖の長さを
   調整するように、流動ガスを反応器中に決められた時間
   滞留させることを特徴とする請求項第２項記載の重質炭
   化水素の水素化分解方法。 ４、固体粒子が触媒を含んでいることを特徴とする請求
   項第１〜３項のいずれかに記載の重質炭化水素の水素化
   分解方法。 ５、プラズマが水素を含むことを特徴とする請求項第１
   〜４項のいずれかに記載の重質炭化水素の水素化分解方
   法。 ６、プラズマが約８０容量％のアルゴンを含んでいるこ
   とを特徴とする請求項第５項記載の重質炭化水素の水素
   化分解方法。 ７、流動床が噴出タイプであることを特徴とする請求項
   第１〜６項のいずれかに記載の重質炭化水素の水素化分
   解方法。 ８、プラズマを流動床の中へ側面から、または垂直に注
   入することを特徴とする請求項第１〜７項のいずれかに
   記載の重質炭化水素の水素化分解方法。 ９、流動化させる流動ガスがアルゴンおよび／または水
   素を含有することを特徴とする請求項第１〜８項のいず
   れかに記載の重質炭化水素の水素化分解方法。 １０、重質炭化水素原料を流動床の中に注入することを
   特徴とする請求項第１〜９項のいずれかに記載の重質炭
   化水素の水素化分解方法。 １１、重質炭化水素原料を流動床の表面に注入すること
   を特徴とする請求項第１〜９項のいずれかに記載の重質
   炭化水素の水素化分解方法。 １２、重質炭化水素原料を流動床の下流の反応器の中に
   注入することを特徴とする請求項第２〜９項のいずれか
   に記載の重質炭化水素原料の水素化分解方法。 １３、流動化ガスの予熱を流動床の上流で行うことを特
   徴とする請求項第１〜１２項のいずれかに記載の重質炭
   化水素の水素化分解方法。 １４、重質炭化水素原料の予熱および気化を流動ガス中
   への注入前に行うことを特徴とする請求項第１〜１３項
   いずれかに記載の重質炭化水素の水素化分解方法。 １５、流動床装置であって、流動床の底のレベルから流
   動化ガスを注入する手段３と、流動化ガスの最終の出口
   手段および流動床を形成するのに供する固体粒子の集積
   物Ｍとを含む流動床室１を含む装置と、該流動床室の内
   部の粒子流動床の中にプラズマを注入するのに適応した
   水素を含むガスのプラズマトーチ５とを含むことを特徴
   とする重質炭化水素の水素化分解装置。 １６、流動床室の出口に反応室４が接続されていること
   を特徴とする請求項第１５項に記載の重質炭化水素の水
   素化分解装置。 １７、反応室４が管状反応器であることを特徴とする請
   求項第１６項に記載の重質炭化水素の水素化分解装置。 １８、プラズマが流動床の中へ側面から注入されるよう
   に流動床室の側壁面のレベルにプラズマトーチが接合さ
   れていることを特徴とする請求項第１５〜１７項のいず
   れかに記載の重質炭化水素の水素化分解装置。 １９、流動床室の壁面がアルミナで作られていることを
   特徴とする請求項第１５〜１８項のいずれかに記載の重
   質炭化水素の水素化分解装置。 ２０、流動床室の底２が上に向って拡がった形を呈して
   おり、その底の部分に流動化ガスの注入手段７の孔を通
   したことを特徴とする請求項第１５〜１９項のいずれか
   に記載の重質炭化水素の水素化分解装置。