JPS6027881B2 - 熱分解ガス等の冷却装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は炭化水素の熱分解ガス等を間接冷却するに当り
、熱分解ガスの過分解を防止する、急冷装置の伝熱管に
析出するコークス量を抑制する、また伝熱管に析出した
コークスを上流の熱分解炉と接続したまま、急冷装置を
解体することなく、いわゆるオンラインで除去すること
を可能とするコンパクトで経済的な熱分解ガスの急冷装
置に関する。

従来ナフサ、灯軽油、アスファルト、原油あるいは石炭
等の炭化水素を熱分解して得られるオレフィン、芳香族
炭化水素を含むガスは熱分解炉から８００〜１１００℃
で排出されており、この熱分解ガスは高温で放置される
時間が長ければ長いほど過分解され、有効な成分の収率
が低下する。

また析出コークス量が増加するので一般に３００〜４０
０ｑＣ程度まで、急激なガス分解を行ない、反応を停止
している。さらに熱分解ガスは高温であって、高レベル
、多量の頭熱をもつているため高圧水で間接冷却しその
熱エネルギーを高圧スチームとして回収し、プラントの
動力源として使用することがエネルギー経過上有利であ
ることは周知の事実である。しかし、近年、熱分解条件
の過酷度上昇あるいは原料炭化水素の軍質化に伴ない、
コーキングトラブルが増大し、従釆の急冷装置では対処
困難となって来た。

かかる目的に対して、発明者らはすでに特豚昭５０−８
０９４４特願昭５２−１８４９、持願昭５３−６１１７
７において熱分解ガスを流動層と水管の単独あるいはそ
れと固気温相流あるいは気液混相流と水管との三段の間
援冷却を連結する方法を提供しているが、本発明はそれ
らをさらに改良したものである。即ち、従来直立環状断
面の水管の内面に熱分解ガスを流し、間接熱交換を行な
わせる装置が水管の外面を伝熱面として、また水管周囲
の空間をガス流路としてまったく活用されていないこと
、しかも発明者による前記２段冷却法においては、１段
目の流動層と水管間の伝熱係数および温度推進力がいず
れも従来の１段冷却の場合のガスの高速押出し流れに比
し、低く、したがって伝熱面積が嵩みその上２段化によ
る管板あるいは水へッダ、配管が倍増し、装置コストが
高くなること、さらに２段目の冷却装置の伝熱管への析
出コークについて、かならずしもオンラインデコーキン
グに対する配慮が十分でないこと等の問題点があること
に着目、種々研究を加えた結果、本発明に到達した。

本発明は直立環状断面の水管の外管とその周囲空間を１
段目の流動層式冷却装置として、かつ水管の内管と内側
空間２段目の固気鶴相流あるいは気液混相下降流式冷却
装置として１つの箇状殻に収納し、その上１段目、２段
目の冷却装置に必要な水ースチーム系へツダ、スチーム
ドラム、両者を結ぶ配管を共用することにより極めてコ
ンパクトで経済的に構成されており、さらに水管両面に
コークが析出し、冷却性能が低下して、オンラインスチ
ームェアデコーキングをしようとしても外管内管共にほ
ぼ同温度に加熱されるし、両管の間に鏡射熱が交換され
ので、膨張による熱ＷＳ力の発生も僅少であり、何らの
不具合もないこと等の特徴を有する。

しかも、もちろん熱分解ガスの過分解の防止、伝熱管へ
のコーク析出の抑制策の性能も従来のものよりすぐれて
いる。

以下、本発明の熱分解ガスの冷却装置を第１図を参照し
て説明する。

本発明の装置の構成は次のとおりである。

直立した筒状の殻１、上下に複数対の同０のＩＪング状
水−スチーム系へッダ２，２′（以下水へッダと称す）
、同水へッダ２，２′のさらに上および下方にそれぞれ
ブ。

セスガスヘッダ３，３′（以下ガスヘッダと称す）、前
記水へッダ２，２′を連続し、両端開口する直立外管群
４，同外管群４内に同心で、かつ前記水へッダ２，２′
を貫通、前記ガスヘッダ３，３′に両端関口する直立内
管群５が設けてある。前記殻１と前記外管群４との間に
形成された空間に固体粒子を充填し、流動層６を形成さ
せると共に、下方プロセスガス入口７（以下ガス入口と
称す）および前記上方ガスヘツダ３に運速させることに
より、ガス入口７→流動層６→上方ガスヘッダ３→内管
群５→下方ガスヘッダ３′→ガス出口８のガス系路を形
成させる。

別にスチームドラム９およびそれと上下の前記水へッダ
を連結する導管１０，１０′、水を循環するためのポン
プ１１を設けることにより、スチームドラム９→下方水
へツダ２′→外管４、内管５によって形成される断面環
状の流路に（以下環状流路と称す）→上方水へッダ２→
スチームドラム９の水系循環流路を形成させる。

この他前記ガス入口７にはプロセスガスを前記流動層６
の流動化を良好にすると共に、装填粒子の落下を防止す
るためのディストリビュータ１３、および前記ガス入口
７の直上に、粒子の飛出しを防止し、ガス流れの均一化
をはかるための飛出し防止板１４が設けてある。

図示されていない装置において、炭化水素、特に重質油
あるいは石炭等の高温処理（熱分解、ガス化）によって
生じ供給され、ガス入口７から噴出する高温ガスによっ
て、流動層６内の固体粒子は吹き上げられるが、粒子、
ガスは共に上方に向って拡がり、外管群４の間隙を通る
間に失速し、粒子はガスと分離し、下降しはじめる。

もっと極端に表現すれば、吹き上げられた粒子はガスと
共に飛出し防止板に衝突したのちは、横下向きの力を受
け、周辺に向かって拡がり、急激にガスと分離して、周
辺を下降する。すなわち、吹上げの際、ガスと粒子とが
熱交換し両者ほゞ同じ温度に達するが、粒子はガスと分
離したのち、下降する間に外管群４に熱を与える。しか
も、粒子の循環量が著しく大であるため、粒子温度はガ
ス入口７の前後でもほとんどが変わらず、全体にわたっ
てほゞ均一であり、ガス一粒子の熱交換、粒子の熱輸送
はほぼ理想的に行なわれている。特鰯昭５０−８０９４
４に示す条件を確保すれば、その上ガスの急袷について
は従釆の間接熱交換器では到底果し得なかった速度が実
現され、過分解はほゞ完全に抑制されるばかりでなく、
ガス中の著しく車質なピッチ、タール分が粒子に瓶集さ
れること、外管群４と粒子との間に適当な摩擦が存在す
るため外管群４表面へのコーキングは重質の炭化水素の
高温処理物としては極めて微少であること、さらに粒子
表面へのコークの析出は時間と共に粒子間の摩擦による
剥離と平衡に達し、特に析出粒子の抜出、再生等が必要
ないこと等、長時間の運転に対応できることが判明した
。袴欧昭５０−８０班４に示す温度の下限までガスを流
動層で急冷却することは可能であるが、流動層−管壁間
の伝熱係数が質量速度の高い場合の管内流体伝熱係数に
比し、低いこと、流動層の温度の均一性に帰因して、温
度差推進力が低いこと等の理由から、流動層で下限温度
まで冷却することは経済的でない。なお、高圧ボィラ用
水はポンプ１１により導管１０′によって、下方水へッ
ダ２′に送られ環状流路１２を通って上昇、上方水へッ
ダ２を通り、スチームヘツダ９にかえされる。

この間環状流路１２では、外管４、内管５の両端からの
加熱を受け、高圧スチームが発生する。本発明では、流
動層６で５００〜６５０こ０に冷却されたガスは、上方
へッダ３に導かれ、そこで反転し、内管群５内を下降し
、下方ガスヘッダ３′を通って、ガス出口８から排出さ
れる。

この間の伝熱は通常の管内の伝熱と同一であるが、従来
のこの種の熱交換器と次の点で異なる。すなわち、時間
を与えれば熱分解、重縮合を起こし、高粘度化コークを
析出する３００ｑｏ以上の温度城において、ピッチはも
ちろん、凝縮する高沸点成分の付着の抑制、付着物の除
去の点で、ガス上昇管、水平管よりなる熱交換器に比し
、著しくすぐれている。すなわち、上昇管、水平管では
これらの物質に対する重力が流れに対して、逆向きに働
くか、まったく働かないのに対し、本発明の下降管では
プラスに働くことで上記性能に差があらわれる。これら
の付着成分は元々粒度の高いものは別として、粘度の低
い成分は高い質量速度を与えれば、付着してもガスおよ
び自身によって洗い流され、系外に去るのでコークを生
成しにくいが、一旦付着し、いまらく滞留すると、熱分
解し、軍縮合し、粘度を増すと、加速度的に、流動性が
悪化し、滞留量、時間が増し、コークス化するものであ
る。その意味では本発明は、前段の流動層６部分でピッ
チ等の高粘度分が除去され、さらに下降管で液状成分の
付着、滞留が上記の理由に示されるように著しく低減し
ており、内管５においてもコーキングが少ない特徴を有
する。そして、本発明の内管５のコーキング防止あるい
は除去法については特願昭５２−１８４９０、および５
２一１１３２斑に示す方法がそのま）適用され、徴粉の
添加あるいは重質油の添加によって、ますますコーキン
グ抑制が強化され運転期間がさらに延長されることは言
うまでもない。

さらに本発明の特徴を挙げるならば、長時間の連続運転
中に僅かづっ蓄積されるコークを前段の熱分解炉のコー
クの除去を行なう際同時に、しかも懐手の解体、および
機械的に除去する方法によらず、オンラインでスチーム
、空気を流し燃焼反応を利用してコーク除去を行なうこ
とである。

一般には熱分解炉はともかく、この種の間接冷却熱交換
器のオンラインデコーキングは冷却管とそれと結合する
筒あるいは管がオンラインデコーキングに生ずる両者の
温度差、延びの差にもとづく熱応力が材料の強度限界を
超えることから、２，３のものを除き、不可能あるいは
困難であった。本発明は環状流路１２よりなる水管を外
管４、内管５両面から加熱することにより、オンライン
デコーキングを従来よりもすぐれた方法で実現できる。
すなわち、熱分解炉で発生した約７００ｑｏの空気、ス
チームを主成分とするガスを通常の運転時と同じプロセ
ス流水系路で、本発明の装置に流すこと（その際水−ス
チーム系流路からは水を抜出しておく）により、粒子管
壁に付着したコークを燃焼させる。その際、ガスの熱容
量はコークスの燃焼、あるいは放熱損失に対して、十分
高くしておけば、ガス温度は本発明の装置の入口から出
口までほ）、均一であり、かつ外管４が内管５を完全に
囲んでおり、両者の間の韓射伝熱が効果的に働くことか
ら、両者の温度はほゞ等しく、熱応力による破壊のおそ
れはない。しかも本発明の装置は、熱分解ガスの２段冷
却の効果を最大限に発揮するばかりでなく、そのための
装置構造の複雑化を最小限におさえた経済的な装置であ
る。

すなわち、水管を環状化することによって、２段冷却が
１つの筒体に収納できたると、管板あるいはへッダ２絹
が１組に減ること、（あるいは高圧用の殻が不要である
こと）、筒体の座の僅かな増大により、高さを半分近く
に節減できることが挙げられる。実施例 １ 石油を以下の条件で熱分解した。

熱分解条件 原料種類：カフジ産、コンラドソン炭素；６．８％ スチーム／原油（ｋｇ／ｋ９）；１．０ 温度；８５０ｑｏ、圧力：１．５ｋ９／仇Ｇ得られた生
成ガスの組成は次の通りである。

比；１．５，ＣＯ；３．２，Ｃ０２：４．３，ＣＥ４；
１．６，Ｃ２巧；１．１，Ｃ２日４：２８．０，Ｃ２は
；１．８，Ｃ３日８＝０．６，Ｃ４は：４．７，Ｃ４以
上：滋．７ついで生成ガスを以下の条件で冷却した。冷
却条件 流動層部： 温度；６５０午○、粒子：活性アルミナ粒子３肋？流動
化速度；２．５ｍ／ｓ，ガス噴出速度；１８の／Ｓ内管
；出口温度；３６５ｏｏ，質量速度；５５ｋ９／めｓそ
の結果４０日間連続運転し、出口ガス温度の上昇は７０
００にとゞまり、１００ｋ９／嫌Ｇのスチームが回収で
きた。

なお、副生車質油を内管上方から、その浸辺長当り、１
払／ｍｈ流下させることにより、出口ガス温度の上昇が
７５ｏｏに達するのに、さらに２０日間延びた。

また、運転を停止し、水管、ヘッダから水を抜き約７０
０ｑｏでスチーム、空気混合ガスを流し、オンラィンデ
コーキングを実施したところ、内管、外管温度は３００
０以内におさまり、熱応力による破壊が起る徴候はまっ
たく認められなかった。

実施例 ２石炭を以下の条件でガス化した。

ガス化条件（Ｗｔ％） Ｃ；８６ Ｈ；３．７，Ｓ；０．３，灰分：１０スチー
ム／石炭；１．６０温度８２０ｑ０圧力；２０ｋ９／仇
Ｇ 得られた生成ガスは次の組成を有するものであった（タ
ール、固形分は除く）日２：私．４，ＣＯ：１８．４，
Ｃ０２：１０．４，Ｃ比；２０．７，Ｖ２０；１６．１
ついで、生成ガスを次の条件下で冷却した。

冷却条件流動層部 層温度６００００、流動層速度：１
．５ｍ／ｓ、ガス噴出速度；２０肌／ｓ、内部管 ガス
出口温度；３５５ｏｏ、質量速度：７５【９／〆Ｓこの
結果、５５日間連続運転し、出口ガス温度の上昇は６０
ｏｏにと）、まり、８０ｋ９／嫌Ｇのスチームが回収で
きた。

なお、創生タールを内管上方からその浸辺長当り、１２
【／ｍｈ流下させることにより、出口ガス温度の上昇が
６０℃に達するのにさらに２５日間延びた。

また、オンラインデコーキングを実施例１と同じ条件で
行ない、何らの不具合もないことが判明した。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施態様の概略図である。 図面中において １…殻、２，２′…水へッダ、３，３
′…ガスヘツダ、４…直立外管群、５．．．直立管群、
６・・・流動層、７・・・ガス入口、８・・・ガス出口
、９・・・スチームドラム、である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 熱分解ガス等（以下プロセスガスと称す）を高圧水
   によつて間接冷却し、高圧スチームを回収するためのプ
   ロセスガスの冷却装置において、ａ 直立した筒状の殻
   、上下１対あるいは複数対の水−スチーム系ヘツダ（以
   下水ヘツダと称す）、該水ヘツダのさらに上および下方
   に１対のプロセスガス系ヘツダ（以下ガスヘツダと称す
   ）、該水ヘツダを連結し、両端開口する直立外管群、該
   外管群内に同心に位置し、かつ該水ヘツダを貫通し、該
   ガスヘツダに両端開口する直立管群を設け、ｂ 該殻と
   該外管群との間に形成された空間を下方プロセスガス入
   口（以下ガス入口と称す）および該上方ガスヘツダに連
   通させ、該空間に固体粒子を装填し、流動層を形成させ
   ることにより、ガス入口、流動層、上方ガスヘツダ、内
   管群、下方ガスヘツダ、ガス出口の順のガス系流路を形
   成させ、ｃ 別にスチームドラムおよびそれと上下の該
   各水ヘツダを連結する導管を設けることによりスチーム
   ドラム、下方水ヘツダ、外管と内管によつて形成される
   断面環状の流路（以下水管と称す）、上方水ヘツダ、ス
   チームドラムの順の水系循環流路を形成させ、ｄ 該流
   動層を上昇し、該内管を下降するガスを水管内を上昇す
   る高圧水により同時に冷却し、高圧スチームを回収する
   ことを特徴とする熱分解ガスの冷却装置。