JPH02229886A - 炭化水素の熱分解炉 - 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〕 本発明は炭化水素の熱分解炉に係り、特に管内流体の熱
分解反応を最適化させるに好適な熱分解炉に関するもの
である． 〔従来の技術〕 ナフサをはじめとする炭化水素の熱分解炉はその主生産
物であるエチレンはもとより副産物のプロピレン収率の
向上、あるいは両者の比率変化など多目的化が進んでお
り、当該反応を起させる所のラジアントコイルの形状に
一大変化をきたしている． 例えば、第１２図，第１３図は従来の一般的構造を示し
ているが，分解炉本体１の火炉２の長手中央上にラジア
ントコイル３が配置されている．コイル南側の側面には
バーナ４が多数設置され、第１４図に示す如く，各種タ
イプのラジアントコイル形状が設置されると共に，使用
目的によって使い分けられている．タイブ１（第１４図
（ａ））は最もオーソドックスなコ，イル形状で、これ
をベースにタイプ２（同図（ｂ））　、タイブ３（同図
（Ｃ））といった形状が最近の主流になりつつある．こ
れらは合流方式と呼ばれ，コイル入口側は多パスで構成
し中間部で合流合体して出口側においては１パスとする
．多パス部は比較的小径管，合流後は大径管を用い、管
内の流体流速を概ね，等しくするようにしている。この
目的は第１５図に示す如く火炉内でのラジアントコイル
長に沿ったヒートフラックす分布においてコイル内の流
体温度分布は第１６図のＡに示すようになる．一方コイ
ル内の反応上からは，コイル入口部で極力早く流体温度
を上げてやることが望ましいことは知られており、従っ
て、第１６図のＢを指向することになる．このためには
、コイル入口側で極力大量の伝熱能力を有することが重
要となり、その為にコイル入口側を多パス化し、且つ小
径管化することによって、伝熱量，すなわちヒートフラ
ックスの増大を図っているものである。タイプ４（第１
４図（ｄ））はこの理屈を極限迄展開したもので、スト
レートタイプと呼ばれているもので、いわゆるハイシビ
アリテイクラッキングに対するテイブ２〜タイプ３など
の異形である． 〔発明が解決しようとする問題点〕 ところで、エチレンの熱分解生成反応では、前述の温度
分布と共にコイル内の炭化水素分圧を下げる方が反応は
促進する．従って，コイル内の流体圧力損失を低くする
方が良い．しかるに、タイプ１からタイプ３に示す如く
、全て１８０゜ベンドを有するヘアビン構造からなって
おり，このベンド部における圧損が大きい比率を占める
．この意味でベンドをなくした構造が望ましく、タイプ
４は理想的である。しかし、これでは伝熱上からのコイ
ル管長が確保できない。一方、確保しようとすれば、小
径管を多数列に配置し、非常に高レベルのヒートフラッ
クスを与えるなど、超苛酷な運転とせざるをえない。ま
た小径管とした為のデコーキング期間の短期化など難点
があり、極く一部で採用されているもののも主流には至
っていないのが実体である． 本発明の目的は，前述の従来技術における合流方式のコ
イルにおける欠点をなくし、コイル入口側で必要とする
伝熱量を確保すると共に、ベンド構造をなくして管内圧
力損失を小さくシ，従来は実質的に設置不可能であった
コイル配置を可能にすると共に，コイル設置スペースを
低減化できる熱分解炉を提供するにある． 〔問題点を解決するための手段〕 上記目的を達成する為、本発明に係る炭化水素の熱分解
炉は，火炉にプロセス流体用の反応管が配置されている
熱分解炉において、前記反応管は，入口側が２パスで出
口側が１パスで、かつ、火炉内において各パスが合流し
、しかもベンド部を有していない垂直管配列構造にした
ことを特徴とするものである． 〔作用〕 本発明によれば、コイル入口側を多パス小径管で構成し
中間部にて合流させるコンパインドコイルとし、ベンド
を使用することなしに垂直管配列構造に配置して圧力損
失を小さくすることが出来る． 〔実施例〕 以下に本発明を図示の実施例に基づいて詳述する。

第１実施例 本実施例は、火炉内配管の入口側を火炉下部に配設した
場合である． 第１図に本発明の一実施例に係る熱分解炉の概念図を示
す．火炉２は、下部で広く上部で狭くなった形状を有し
，下部においてラジアントコイル３が火炉巾方向に２列
に配置されている．これらは火炉中間部で曲管を介して
火炉長手中央上に１列に配置されている．火炉下部から
は、各ラジアントコイル３が間側より均等加熱されるべ
くパーナ４が３列に配置されると共に、コイルが１列化
された後も同じ目的でバーナ８が別個に配置されている
．なお、この２段に配置したバーナ４及び８によってコ
イル入口側と出口側の伝熱量コントロールもある程度可
能としている． 第２図はラジアントコイルの形状を示す説明図である．
コイルの合流方法は第３図に示す如く、入口側を２パス
以上の多パスとし出口側で１パスに合流後、更に出口部
で再度合流させて後続のクエンチャーに導くことも可能
である．なお，第３図（ａ）は４−２−１コイル、（ｂ
）は６−２−１コイルを示す． 本実施例の作用を第１図を用いて説明する。プロセス流
体はコンペクションコイル６で予熱された後、クロスオ
ーバ管７を介して火炉２の炉床部９より火炉内に炉長手
方向に２列で導入される。

ラジアントコイル３は炉床部を入口部とし、火炉内２を
中間部迄上昇し、ここで曲管及び合流フイッティングに
よって合流されると共に火炉長平方向の中央上に１列配
置となって上昇し、天井ＩＱを通して後続のクエンチャ
−５に導入される．ラジアントコイル３は火炉上部の出
口部において第２図に示す如く隣接するコイル毎に再び
合流させてもよい．火炉２の下部では２列配置されたラ
ジアントコイル３の両側にバーナ４が設置され，コイル
に対し均等加熱を可能としている．また大炉上部のコイ
ル出口側に対しては、調整バーナ８がコイル間側に設置
されている．この構造によれば，第１６図のＢに示す如
く、コイル入口側で急速に流体温度を上昇させることに
対し，多パスで小径管化したコイルに対しバーナ４を適
切に選定することにより、達成可能にすると共に，出口
側に対しては調整バーナ８をコントロールすることによ
って調整が可能となる．この流体温度分布の要求度合に
よってコイル的には第３図の如く選定が出きる．また第
４図はラジアントコイル３の管内圧力分布を示すが、Ａ
は従来コイルの場合を示し、前述のベンド部圧損が全体
の約３０％を占めてぃるが、本例コイルによってＢの如
くベンド部圧損を大半なくすことが可能となる． 本実施例によれば、コイル入口側での伝熱量を増大させ
るべく、小径管，多パスを構成すると共に、管内圧力損
失に影響する１８０゜ベンド類を使用することなしに、
当初の目的を達成することが可能となる．また、火炉下
部（コイル入口側）を２列配列とすることで，従来の１
列配列の場合に比べ設置スペースが半減出きると共に、
特に入口側が３パス以上では，１列配置においては構造
上から実質不可能であったものが、本実施例では容易に
配置可能となるなど、その効果は極めて大きい． 第２実施例 本実施例は、火炉内配管の入口側を火炉上部に配設した
場合である． 第５図は本発明の他に実施例に係る熱分解炉の概念図で
ある．同図中、本体１は中央にラジアントコイル（反応
管）１２．１３が垂直に配している．バーナ４がコイル
をはさんで両サイドに，調整バーナ８が天井アーチ部に
配置してある。コンペクションバンク６′に存るコンベ
クションコイル６で原料炭化水素を予熱してラジアント
コイル入口より天井１０を貫通してラジアントコイル１
３に流入し、垂直に下り、中間でベンド１４で合体して
更に垂直に下り，コイル１２は出口より炉床を貫通して
クエンチャ５で，急冷し、顕熱は高圧スチームとしてス
チームドラム１５で回収，分解ガス１６となる．燃焼排
ガスは必要とあればＩＰ・ヒーター１８、ＩＤＦ１９を
介してスタック２０より大気へ廃棄する． コイルは第６図に示すフォーク状の形態のもとが第１１
図に示す如く炉の長手力向に連続的に配してある，第６
図のＡ−Ａ方向からコイルの配列をみると第７図のよう
に１列オンライン形成をなし、また第６図のＢ−Ｂ方向
からみると第８図に示す如く２列千鳥配列になっている
．コイル１３の配列された部分の火炉は直上で第５図に
示す如く燃焼ガスの流路をせばめるように側壁２４を形
成している．したがって、コイル１２の全部は火炉内に
あって輻射伝熱主体の加熱方式となり、コイル１３の部
分の大部分は対流伝熱主体となっている．また，必要と
あれば、第９図に示す如くコイル１３に長手フィン２５
を設けると伝熱は更に促進される． ここで伝熱の形態を第１０図にて説明すると，反応の開
始は対流ゾーンにあり、輻射伝熱部の入口ではかなりの
反応が進んでいることになる．反応熱は一定であるので
，火炉での伝熱量の絶対量が小さくなり，したがって、
燃料投入量が少なくすむことになる．なお，反応管は必
要最少限の管径と管長が必要となるので、従来法と比べ
て天井部は高くなり、反応管（コイル）１２と１３の全
体の高さは相当高くなることは当然である。

ｔ発明の効果〕 以上詳述したように、本発明によれば、コイル入口側を
多パス小径管で構成し中間部にて合流させる．いわゆる
コンバインドコイルにおいて，ベンドを使用することな
しに配置できて，圧力損失を小さくすると共に、従来方
式に比べ設置スベースを格段に低減可能となる．また入
口側が３パス以上の場合など，従来の１列配列では構造
上から配置が不可能であったものを可能ならしめる．さ
らには、入口側と出口側が上下に分離される為．伝熱量
のコントロールが従来方式よりも改良され最適化により
近ずけうるなど、その貢献度は非常に大きい．

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る熱分解炉構造の概念図
、第２図はその配管例の説明図、第３図（ａ），（ｂ）
は各々配管形状例を示す図．第４図は配管長さ方向と管
内圧力分布の関係を示す図、第５図は他の実施例を示す
図，第６図はその配管合流部を示す説明図、第７図は第
６図のＡ−Ａ断面図，第８図は第６図のＢ−Ｂ断面図，
第９図は配管にフィンを設けた場合の断面図、第１０［
は上記他の実施例に係る熱分解炉の温度特性を示す図、
第１１図は配管形状例を示す図，第１２図及び第１３図
は各々従来の熱分解炉の概念図、第１４図（ａ）〜（ｄ
）は各々その配管形状例を示す図，第１５図は配管長さ
方向のヒートフラックス分布を示す図、第１６図は配管
長さ方向の管内流体温度分布を示す図である。 １・・・分解炉本体，２・・・火炉、３・・・ラジアン
トコイル（反応管）、４・・・バーナ、５・・・クエン
チャ、６・・・コンペクションコイル、９・・・炉床、
１０・・・天井、１２・・・反応管（輻射部）、１３・
・・反応管（対流部）、１４・・・２又ベンド、２４・
・・側壁、２５・・・フィン．

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）、火炉にプロセス流体用の反応管が配置されてい
   る熱分解炉において、前記反応管は、入口側が２パスで
   出口側が１パスで、かつ、火炉内において各パスが合流
   し、しかもベンド部を有していない垂直管配列構造にし
   たことを特徴とする炭化水素の熱分解炉。