JPS5844108B2 - 炭化水素類の熱分解方法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、炭化水素類の熱分解方法および装置に関する
ものである。

エチレン、プロピレン等のオレフィンは、ナフサ等のい
わゆる軽質留分を熱分解せしめて製造するのが主流であ
る。

ところが近年相対的にナフサの生産量が減少し、ナフサ
等の軽質留分の供給不足が増々懸念されている。

このような傾向から、原油、重質油を原料とするオレフ
ィンの製造法の開発が進められており、例えば高温スチ
ームを熱媒体とする方法、人造粒子あるいはコークス粒
子を熱媒体とする流、移動層法、更【こ酸素を用いる部
分酸化法などがある。

しかしながら、原油、重質油等を熱分解する場合、反応
器内でのコークス副生は避けられず、そのため従来の管
状炉では工業上の実施は不可能で、この副生ずるコーク
スおよびタール物質をいかに反応系から搬出あるいは消
滅させるかが問題となる。

溶融金属法による炭水素類の熱分解、特にアルカリ金属
溶融塩を使用する方法は有効な方法であるが、この方法
では高温特に７００℃以上の温度で激しい腐食を示す。

これはアルカリ金属溶融塩そのものと、更には原料に含
まれる硫黄とバナジウム、ニッケル等の重金属が腐食を
促進させるためである。

したがって反応器等はアルミナ、マグネシア等のレンガ
材料等の特殊材料を使用することが必要であるが、この
場合はオレフィン製造の最適温度７００〜９００’Ｃ）
こおいて溶融塩を加熱媒体とする場合、その加熱方法と
しては外熱方法が不可能で溶融塩内で直接燃料油を燃焼
せしめる内熱方式をとらざるを得ない。

米国特許３２５２７７４号明細書、同３７０８２７０号
明細書では、アルカリ金属溶融塩を用いて炭化水素類か
らの燃料ガス製造技術について開示されているが、これ
ら特許は本発明の目的とするエチレン、プロピレン等の
オレフィン製造には不適当で、しかも多くの欠点を有し
ている。

つまりこれら方式ではアルカリ金属溶融塩を有効に使用
しているとは言えず、原料炭化水素とアルカリ金属溶融
塩との接触効率が悪く、その為商業化装置では反応器が
大きく腐食性のアルカリ溶融塩を大量に反応器内に滞溜
させなければならず安全性の面で問題がある。

更に原料炭化水素を送入するノズルが溶融塩熱媒体こあ
るため原料供給がカーボントラブル等で円滑に送入出来
なくなること、又ノズル材質は金属材料が使用出来ない
こと、更に装置の運転開始、停止などの操作性に難点が
あり、実用化には相当の困難性がある。

本発明は、これらの欠点を改善し溶融塩と炭化水素類を
効率よく接触せしめ熱分解ガス化を促進せしめると共に
実用化可能である溶融塩を熱媒体として原油および重質
油等の炭化水素類を熱分解せしめエチレン、プロピレン
等のオレフィンを製造するに有効な炭化水素類の熱分解
方法および装置を提供するものである。

本発明は次のような構成を有する。

すなわち、本発明は、熱分解反応部と燃焼反応部の２反
応部を有する装置を用い、熱分解反応部では高速流で送
入される原料炭化水素で溶融塩熱媒体の微細粒子化およ
びこれと原料炭化水素との混合を行なうと共に原料炭化
水素を熱分解せしめ、更Ｑこ分解ガスと分離された溶融
塩熱媒体を燃焼反応部で燃焼せる燃料で微細粒子化せし
めると共に溶融塩熱媒体に必要な熱が与えられ、この加
熱された溶融塩熱媒体を熱分解反応部に供給して熱分解
反応部および燃焼反応部の２反応部に溶融塩熱媒体は滞
溜させることなく循環せしめるようをこなしたことを特
徴とする炭化水素類の熱分解方法である。

ここで熱分解反応部及び燃焼反応部では溶融塩熱媒体は
微細粒子化されるが粒子径としてはできるだけ小さな微
粒子とした方が接触面積を増大することができるため好
ましいが、本発明（こおいては５０〜２００ミクロンが
最適である。

また本発明における装置は、熱分解反応部に、熱分解物
を溶融塩熱媒体と分解ガスに分離する分解ガス分離部が
直結され、一方、燃焼反応部に燃焼混合物を燃焼排ガス
と加熱された溶融塩熱媒体をこ分離する燃焼ガス分離部
が直結され、かつ前記分解ガス分離部と燃焼ガス分離部
の上部に熱回収部が各々設けられており、原料炭化水素
と水蒸気の高速混合流を形成するためのノズルを前記熱
分解反応部に、また燃焼炎を形成するための燃料ノズル
と酸素または空気ノズルを前記燃焼反応部に夫々設け、
前記熱分解ガス分離部で分離した溶融塩熱媒体を前記燃
焼反応部に設けたノズルの下流側に供給する管路と前記
燃焼ガス分離部で分離した加熱された溶融塩熱媒体を前
記熱分解反応部に設けたノズルの下流側に供給する管路
を夫々設けたことを特徴とするものであり、更に燃料と
酸化剤空気又は酸素が別々のノズルから送入され各々の
混合される位置が揚送された溶融塩熱媒体と混合すると
ころに焦点が合うようにした燃料用ノズル群を有するよ
うにすることが望ましい。

次に本発明を理解しやすくするために図面について説明
する。

すなわち、本発明の溶融塩熱媒体による炭化水素を原料
とする熱分解装置の断面図を第１図に示す。

本装置は熱分解部と溶融塩熱媒体を加熱する燃焼部とか
ら構成されており、熱分解部には熱分解反応部５、熱分
解ガス（又は生成物）と溶融熱媒体を分離する熱分解ガ
ス分離部９、溶融塩熱媒体を循環させる循環部１２より
なり、更に燃焼部は燃焼反応部１９と燃焼排ガスと溶融
塩熱媒体を分離する燃焼ガス分離部２１、溶融塩熱媒体
を熱分解反応部５へ循環させる循環部７よりなる。

予熱された熱分解原料炭化水素２は原料ノズル３に入る
前に希釈中スチーム１と混合され原料送入ノズル３より
熱分解反応部５に送入される。

燃焼部の溶融塩熱媒体は加熱された後循環部７よりスチ
ーム又は分解ガスの１部をノズル６より送入し、いわゆ
るエアーリフト効果（こより熱分解反応部５に揚送され
る。

熱分解反応部５に送入された原料２およびスチーム１と
揚送された溶融塩熱媒体は熱分解反応部５内部４で混合
され、溶融塩熱媒体はガス状成分ｌこより微細化され混
合接触して原料を熱分解ガス化せしめる。

熱分解反応部５（こて熱分解ガス化反応を終了し、サイ
クロン形状の分解ガス分離部９でガス状成分と溶融塩熱
媒体を分離せしめ分離した熱媒体は、分解ガス分離部９
下部の熱媒体滞留部８にたまる。

熱分解ガス反応は吸熱反応であるため、熱媒体の熱を吸
収するので再加熱のため熱媒体滞留部８から循環部１２
を通って燃焼部の燃焼反応部１９に循環される。

燃焼反応部１９に溶融塩熱媒体を循環させるには熱媒体
滞留部８の熱媒体レベルより下になるよう設置されたガ
ス状物質送入ノズル１３よりスチーム、分解ガスの一部
又は空気、酸素等のガス状成分を送入し循環部７と同様
エアーリフト効果（こより揚送せしめる。

燃料１５は燃料用ノズル群１７に入る前にスチーム１６
と混合され燃料用ノズル群１７より燃焼反応部１９に送
入される。

酸化剤空気又は酸素１４も送入される。

燃焼ノズル群１７は第２図のごとく燃料ノズル２４と酸
化剤空気又は酸素のノズル２５とは別々に設置されてお
り、各々が混合される位置は揚送された溶融塩熱媒体と
混合するところに焦点が合うよう設置されている。

よって燃料の燃焼によって形成された燃焼炎が溶融塩（
こ接触して溶融塩熱媒体（こ熱を与え、更に溶融塩熱媒
体を燃焼反応部内部１８で混合し微細化熱供給を効率よ
く行なわしめる。

この燃焼反応部１９で完全燃焼せしめ、燃焼ガス分離部
２１で燃焼排ガスと溶融塩熱媒体とを分離せしめ溶融塩
熱媒体は熱媒体滞留部２０にたまる。

分解ガス分離部９で分離された分解ガスは熱回収部１０
で熱回収されると同時に急冷され、分解ガスよりオレフ
ィン等の有用成分の精製分離工程にパイプ１１で送られ
る。

又、燃焼排ガスも熱回収部２２ｆこより熱回収を行った
後パイプ２３を通って通常の排ガス処理工程を経て外気
ｆこ放出される。

本発明の実施に於ける炭化水素類は熱分解により有効成
分を分離できるものであれば良く、特（こ原油、重質油
等の重質留分を含む炭化水素類に有効である。

また溶融塩としては、アルカリ金属、アルカリ土類金属
の塩が挙げられるが、特にアルカリ金属の炭酸塩、たと
えば炭酸リチウム、炭酸カリウム、炭酸ナトリウムの１
種または２種以上が好ましく用いられる。

炭化水素類を原料としてエチレン、プロピレンのオレフ
ィン製造は７００°Ｃ〜９００℃の温度で熱分解され、
一般には７５０℃〜８５０℃の温度で行なわれている。

又この炭化水素類を熱分解する場合分圧を低下させる目
的で希釈用スチールを送入する。

希釈用スチールは原料炭化水素の重量に対して０．５〜
３倍使用し、一般には０．７〜１．５倍である。

本発明（こよる溶融塩を熱媒体として使用した炭化水素
類の熱分解によるエチレン、プロピレン等のオレフィン
製造Ｏこおいても前記の温度範囲および希釈用スチール
量が好ましい。

次に本発明の最も特徴とするところを次に述べる。

１、熱分解反応部で原料炭化水素類、特に原油、重油等
の重質留分を含む原料と加熱された溶融塩と接触させる
場合、原料と希釈スチームは熱分解反応部内部４での空
塔流速が好ましくは５ｍ〜１００ ｍ ／ｓｅｃ更に好
ましくは１０ｍ〜５０ｍ ／ｓｅｃの高速流になるよう
送入し、熱分解反応部（こ揚送されてくる溶融塩熱媒体
と衝突せしめ、溶融塩熱媒体を微細粒子化、好ましくは
２００ミクロン地下の粒径となるようにせしめ、前記原
料およびスチームと混合せしめることによって接触効率
を高めるところにある。

更に重質原料の熱分解の際に副生ずるコークスは、この
溶融塩熱媒体内に混入するため熱分解反応でいわゆるコ
ークストラブルによる反応器閉塞を起すことがない。

２、熱分解反応は吸熱反応であるため溶融塩熱媒体の再
加熱が必要で、溶融塩熱媒体を加熱する場合、燃焼反応
部において燃料と酸化剤である空気又は酸素を前記同様
高速流で別々（こ送入するも、両物質が混合され燃焼反
応が起る部分（こ直接溶融塩熱媒体を揚送せしめ溶融塩
熱媒体を微細化、好ましくは２００ミクロン以下の粒子
径となるようをこするとともに、高効率で燃焼反応熱を
供給せしめることにある。

３、熱分解反応部および燃焼反応部に熱分解原料および
燃料送入ノズルと高温の溶融塩熱媒体が直接接触しない
ためノズル内での炭化水素類のコーキングトラブルを起
さない。

更に溶融塩熱媒体が腐食性であってもノズル材料は通常
の金屑材料が適用される。

４．熱分解反応部および燃焼反応部では高速流で反応が
行なわれるため、両反応部は小型化が可能であり、更Ｑ
こ両反応部とも直管のパイプ状又はテーパー状の管でよ
く形状が簡単で大型にスケールアップすることが容易で
ある。

５、熱分解反応部および燃焼反応部に溶融塩熱媒体が滞
留することがないため、熱分解装置内に滞留する溶融塩
熱媒体を最少にとどめることが出来る。

よって溶融塩熱媒体を有効に使用することが出来る。

６、熱分解反応部および燃焼反応部で２００ミクロン以
下に微細化された溶融塩熱媒体は熱分解ガスおよび燃焼
排ガスからサイクロン形状の分離部で分離されるが、一
部溶融塩熱媒体はそれらのガス状成分に伴って飛沫同伴
される。

よって各々の分離部の上部にパイプ群で構成された熱回
収部を設けることにより、これらの微細化された溶融塩
熱媒体の飛沫同伴を阻粒子に集合せしめ再び分離部に帰
えすとともに熱回収のパイプ群にコークス、タール状物
質の付着するのを防止する。

７、 溶融塩熱媒体は熱分解反応部と燃焼反応部を循環
させて使用するが、溶融塩熱媒体の循環にはガス状物質
を循環パイプ内に送入することにより、いわゆるエアー
リフト効果により揚送循環させる。

よってガス状物質の送入量を制御することにより溶融塩
熱媒体の循環を制御出来る。

又、これらのガス状物質の送入を中止することにより容
易に溶融塩熱媒体の循環を停止することが出来、装置の
停止も簡単で原料炭化水素ノズル、燃料ノズル等（こ溶
融塩を逆流させることがない。

よって再運転も容易である。次（こ本発明を実施例で説
明するが、本発明はこれら実施例（こよって限定される
ものではない。

実施例 １ 原料としてアラビアンライ・ト原油（比重０，８５、硫
黄含有量１．７ｗｔ％）を用い第１図に示した装置を用
い次の条件で原料の熱分解を行った。

この結果、熱分解生成物の分解ガス収率が７３．８３ｗ
ｔ％、分解油収量が３．５Ｋｐ／ＨＲで、分解ガス組成
は原料に対する重量規準で第１表のとおりであり、溶融
塩を効率よく利用できた。

実施例 ２ 原料としてナフサ（比重０．７１４）をアラビアンライ
ト原油に代えた他は実施例１と同様に実施したところ、
熱分解生成物の分解ガス収率が７４，５ｗｔ％、分解油
収量が３．３ Ｋ？で、分解ガス組成は原料に対する重
量規準で第２表のとおりであり、溶融塩を効率よく利用
できた。

実施例 ３ 実施例１と同一条件にて分解ガス分離部及び燃焼ガス分
離部の上部に設置している熱回収部を除去して実験を行
ったところ、分解ガス及び燃焼ガスに溶融塩循環量の０
．５ｗｔ％の溶融塩が飛沫同伴した。

そこでパイプ群で構成された熱回収部を各々挿入して実
験を続行した所、分解ガス、及び燃焼ガスを同伴する溶
融塩は大巾に減少し、しかも熱回収部のパイプ表面は溶
融塩で清除されコクス、タール等の付着物による汚れを
起すことなく熱回収が出来た。

比較例 燃料ノズルと酸化剤空気又は酸素ノズルを平行になるよ
う、又各々が混合される位置とは無関係に溶融塩熱媒体
を揚送して、実施例１と同一条件にて実験を行ったとこ
ろ、溶融塩熱媒体に供給する熱を充分に与えることが出
来ず又燃料の燃焼が充分完了しなかった。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施態様として用いる熱分解装置
の断面図、第２図は第１図に於ける燃焼ノズル群部分の
拡大断面図をそれぞれ示す。 １・・・スチーム、２・・・原料炭化水素、３・・・原
料ノズル、４・・・熱分解反応部内部、５・・・熱分解
反応部、６・・・ノズル、７・・・循環部、８・・・熱
媒体滞留部、９・・・分解ガス分離部、１０・・・熱回
収部、１１・・・パイプ、１２・・・循環部、１３・・
・ノズル、１４・・・空気又は酸素、１５・・・燃料、
１６・・・スチーム、１７・・・燃焼ノズル群、１８・
・・燃焼反応部内部、１９・・・燃焼反応部、２０・・
・熱媒体滞留部、２１・・・燃焼ガス分離部、２２・・
・熱回収部、２３・・・パイプ、２４・・・燃焼ノズル
、２５・・・ノズル。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 熱分解反応部と燃焼反応部の２反応部を有する装置
   を用い、熱分解反応部では高速流で送入される原料炭化
   水素で溶融塩熱媒体の微細粒子化およびこれと原料炭化
   水素との混合を行なうと共に原料炭化水素を熱分解せし
   め、更に分解ガスと分離された溶融塩熱媒体を燃焼反応
   部で燃焼せる燃料で微細粒子化せしめると共に溶融塩熱
   媒体に必要な熱が与えられ、この加熱された溶融塩熱媒
   体を熱分解反応部に供給して、熱分解反応部および燃焼
   反応部の２反応部に溶融塩熱媒体を滞留させることなく
   循環せしめるようになしたことを特徴とする炭化水素類
   の熱分解方法。 ２ 熱分解反応部に、熱分解物を溶融塩熱媒体と分解ガ
   スに分離する分解ガス分離部が直結され、一方、燃焼反
   応部に、燃焼混合物を燃焼排ガスと加熱された溶融塩熱
   媒体に分離する燃焼ガス分離部が直結され、かつ前記分
   解ガス分離部と燃焼ガス分離部の上部に熱回収部が各々
   設けられており、原料炭化水素と水蒸気の高速混合流を
   形成するためのノズルを前記熱分解反応部に、また燃焼
   炎を形成するための燃料ノズルと酸素または空気ノズル
   を前記燃焼反応部に夫々設け、前記熱分解ガス分離部で
   分離した溶融塩熱媒体を前記燃焼反応部に設けたノズル
   の下流側に供給する管路と前記燃焼ガス分離部で分離し
   た加熱された溶融塩熱媒体を前記熱分解反応部に設けた
   ノズルの下流側に供給する管路を夫々設けたことを特徴
   とする炭化水素類の熱分解装置。