JPS6048487B2 - オレフインと還元ガスの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は重質炭化水素を部分酸化して得られる還元性
火炎を利用して軽質炭化水素を火炎分解して還元ガス、
オレフィン及びピッチ等の液状生成物を効率よく製造す
る方法に関する。

従来、エチレン等の不飽和炭化水素は、外熱式あるい
は内熱式により石油留分を熱分解して製造され、エチレ
ンのほか、アセチレンプロピレン、ブタジエン、芳香族
炭化水素及びタール、ピッチ等を副生している。

内熱式には火炎分解法と部分燃焼法があり前者は火炎中
に原料炭化水素を吹き込み熱分解する方法で、後者は原
料炭化水素の一部を燃焼させ、同時にその熱で残部を分
解する方法である。 熱分解原料としては、軽質炭化水
素、重質炭化・水素の何れも使用されているが軽質炭化
水素は重質炭化水素に比べて高価てはあるが収率の面の
みからみれば軽質炭化水素を原料とする場合の方が重質
炭化水素よりもはるかに有利であるために経済的理由か
らオレフィン製造用の炭化水素原料は軽質分が一般的て
あり重質分はごく特殊な場合にのみ使用される。

反応熱の供給の熱源として炭化水素を考えたとき、安価
であり、発熱量では遜色のない重質炭化水素例えば常圧
下で沸点３４０℃以上の炭化水素を５０％以上含むもの
が最適であり、高価な軽質炭化水素例えは常圧下留出温
度６００℃以下のものは不利であるということができる
。さて、上記内熱式において火炎分解法の火炎は通常メ
タン等のガス状燃料の燃焼ガスかあるいは超高温水蒸気
等であるが重質油により火炎を発生 フさせる方が望ま
しい。部分燃焼法では重質炭化水素を選択的に燃焼させ
ることが不可能である。発明者らは、これらの点を考慮
して還元ガス、エチレン、ピッチ等を高収率かつ、経済
的に製造する方法を開発したものである。即ち、オレフ
ィン収率の悪い重質炭化水素を燃焼熱として利用すると
同時に化学的価値の高い還元ガスを発生させてオレフィ
ン収率のよい軽質炭化水素を分解することにより還元ガ
ス、オレフィン、ピッチ等の液状生成物を製造する新規
な方法を確立したものである。炭化水素類を燃焼させて
、これを熱源として使用する場合に、燃焼方法として完
全酸化型と部分酸化型とに分けられる。

完全酸化型では原料炭化水素に対してほぼ理論酸化量の
酸素を加えて燃焼−させて希釈ガスと混和して温度を調
整し軽質炭化水素分解の火炎として使用する。これに対
して部分酸化型は酸素及びまたは希釈ガス添加量を調整
することにより温度を調整する。これらの場合希釈ガス
は主とて水蒸気等の比較的活性の低いガスーを使用する
が、これらの希釈成分のある一定量以上の添加は単に希
釈の効果のみで、経済的には大きな負担てある。したが
つて火炎温度の制御は還元ガスの生成熱により行ない、
希釈ガ乙を極小に１することが理想的である。これをさ
らに詳細に述−ｊべると、たとえば温度調整後の火炎温
度が２０００℃として、火炎分解後の温度を１０００℃
とすると、完全酸化型では火炎の持つエネルギのうち２
０００℃から１００００Ｃまでの熱落差のみ有効利用さ
れて、１０００１℃以下の顕熱は廃熱となる。一方部分
酸化型では１火炎の持つエネルギのうち有効エネルギは
２０００℃ ノから１０００℃までの熱落差に加えて、
還元ガスの持ｔつ化学的エネルギがあり１０００’Ｃ以
下の顕熱は廃熱となる。したがつて部分酸化型ではエネ
ルギをよ ιり高温に利用していることになる。同様な
考察により、温度調整後の火炎温度は可能ならば高けれ
ば高い程、エネルギを有効利用できる訳である。

これをらに詳しく説明するとたとえば火炎分解炉出口温
度を１０００’Ｃとした場合で、温度調整後の火炎温度
が１５００゜Ｃ（７）場合と２０００’Ｃの場合とを比
較すると、前者では火炎分解に利用されるエネルギは１
５００℃から１０００゜Ｃまでの熱落差であり、１００
０゜Ｃ以下は廃熱となるが、後者では火炎分解に利用さ
れエネルギは２０００゜Ｃから１０００’Ｃまでの熱落
差であり、１０００℃以下は廃熱となる。顕熱のみで比
較して、比熱を一定とすれば前者の熱効率は０．３３で
あり、後者では０．５である。したがつて、より高温の
火炎は熱効率が高い。さて、従来実施されている部分酸
化法は火炎温度が１５００℃前後であり、これは経済的
理由から選択されるのであるが、本発明では部分酸化火
炎を下流の軽質炭化水素の火炎分解に利用する為に温度
は１８００℃以上であるが工業的耐火材料の観点からみ
て１８００℃〜２６００℃の範囲で行われる。

これは従来の部分酸化法とは異なつたものでありいわば
従来の重質油部分酸化法と完全酸化型の中間に位置づら
れる新しい概念にもとづくガス発生法である。こような
温度領域を選ぶことによつて部分酸化反応は瞬時にほぼ
平衡に到達する。したがつて反応滞留時間はわずか１秒
以下充分である。したがつて部分酸化炉は非常に小型化
し、熱損失を減少させることが可能となつた。

また従来のアスファルト等の部分酸化法は生成ガス中に
原料炭化水素に対して重量比で数パーセントのカーボン
、いわゆる煤を含んでいるが、本発明では温度範囲が１
８００℃以上であるために部分酸化反応によるカーボン
の発生は非常に少なく、原料炭化水素に対して重量比で
１％以下である。

したがつて下流の軽質炭化水素の火炎分解で生成される
ピッチ中にカーボンが混入することはほとんどなく、ピ
ッチの品質を向上させることが可能になつた。次に、軽
質炭化水素は前記した部分酸化により生成した温度範囲
１８００℃以上の火炎に噴霧状で接触し滞留時間０．１
秒以下で火炎分解してオレフィンを生成する。

火炎に対する軽質炭化水素添加量は分解炉出口温度が７
００〜１２００℃になるように調整する。本発明におけ
る火炎分解においては火炎分解炉出口の温度範囲が７０
０〜１２００゜Ｃと高いのて分解反 ，応速度が速いた
め反応滞留時間は微か０．１秒以下の短時間で充分であ
る。

また、還元ガス中の水素濃度が高いので火炎分解圧力は
２ｋ９／ｃイから４０ｋ９／ＣＴＩまで適宜選択するこ
とができる。さて、１８００’Ｃ〜２６０００Ｃの高温
ガスをえるためには、原料の重質炭化水素に対する酸素
及び水蒸気等の希釈ガスの量比を変えることにより達成
されるが、その結果発生する高温ガスの組成は従来の重
質油の部分酸化による発生ガスと同様水素、一酸化炭素
を多く含むものであるが、酸素及び希釈ガスの重比の選
択は製品としての、水素及び一酸化炭素の要求される量
から決定される。換言すれは火炎分解の生成物であるオ
レフィンとの量比は大幅に変化させることができる。ま
たエチレン、アセチレン、プロピレン等のオレフィン同
志の量比は火炎分解反応温度、滞留時間を調整すること
で大幅に変化させることができ．る。

したがつて本発明による方法は製品としては石油化学に
最も重要な還元ガス、オレフィン及びピッチ等の液状生
成物を製造するプロセスがが成りたち熱力学的に合理的
のみならず、経済性もまた優れたものである。

また本発明ては、軽質炭化水素と重質炭化水素は石油系
炭化水素を原料油とし、それを簡易分割して得ることも
できる。

この場合には精留等の操作は必ずしも必要でない。 ・
原料油の分割の比率は軽質炭化水素を熱分解してエチレ
ン等を製造する際に必要とする熱量が、重質炭化水素と
酸素含有ガスとの反応による発熱量とバランスするよう
な割合が理想的であり、例えば原油を原料として使用す
る場合には油種にもよるがアラビアンライト原油の場合
常圧下５６６゜Ｃの留分を境に留出油と残渣油に分けた
量、即ち８１２が望ましい。

また常圧残油にあつては８１２が望ましい。すなわち残
渣油を極小にするような分割方法である。しかしながら
、分確の量比の選択は製 フ品から要求される量により
大幅に変化することができる。原料油の分離における軽
質炭化水素と重質炭化水素の分離は、単に２分割に限ら
す、数種に分割したのち、部分酸化により熱源として有
効な成分と、オレフィン発生に最も効果のある成分を選
択組合せて本発明の方法により還元ガス、オレフィン、
ピッチ等の液状生成物を製造し、他の溜分は、別の目的
に使用することも可能である。

次に工程図により本発明を説明する。第１図は本発明の
工程の一態様を示す図面である。

重質炭化水素３は部分酸化炉９て酸素又は酸素含有ガス
４及び水蒸気５によつて反応時間１秒以下、圧力範囲３
〜４０ｋ９／ｄて部分酸化し、温度範囲１８００゜Ｃ以
上の還元性火炎も発生させる。しかる後還元性火炎６は
分割された軽質炭化水素２と火炎分解炉１０にて反応時
間０．１秒以下で接触させ火炎分解し、還元ガス、オレ
フィン、ピッチ等７を生成する。この後、還元ガス、オ
レフィン、ピッチ等７を蒸留塔１１に送り、還元ガス及
びオレフィン１２、軽質芳香族炭化水素１３、重質芳香
族炭化水素１４、タール１５、ピッチ１６を分離生成す
る。タール１５及びピッチ１６は部分酸化に使用する重
質炭化水素３に混合することも可能である。第２図は本
発明の方法に使用する軽質炭化水素２と重質炭化水素３
を原料油からの分割により生成した後引続き部分酸化、
火炎分解する方法の工法について示したものである。第
２図において１は原料油、８は分割工程を示し、それ以
後の工程は第１図と同じである。

次に実施例により更に詳細に説明するが、本発明は以下
の実施例に限定されるものてはない。実施例１〜３２５
０゜Ｃに予熱された９．階屯度の酸素と、２５０’Ｃに
予熱された水蒸気を部分酸化炉へ導入し、そこへ３５０
’Ｃに予熱された重質炭化水素を噴霧して部分酸化し、
高温還元性火炎を生成させて火炎分解炉へ導入した。

そこへ３５０゜Ｃに予熱された軽質炭化水素を噴霧して
火炎分解した後、ただちに急冷器に導入して重質炭化水
素で急冷してガス状及び液状生成物は蒸留塔へ送り、還
元ガス、オレフィンのガス状生成物とピッチ、タール、
芳香族類の液状生成物を分離した。

前記工程中の部分酸化工程及び火炎分解工程の運転条件
及び生成物の組成等を以下に示す。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の工程の一態様を示すフロ
ーシートである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 常圧下の沸点が３４０℃以上の炭化水素を５０％以
   上含む重質炭化水素を理論酸化量未満の酸素を含むガス
   および水蒸気等の稀釈ガスと混合して、反応時間１秒以
   下で部分酸化して温度１８００℃以上、圧力範囲３〜４
   ０ｋｇ／ｃｍ＾２の還元性火炎を発生させ、しかる後該
   還元性火炎と常圧下の留出温度が６００℃以下である軽
   質炭化水素を滞留時間０．１秒以下で接触させて火炎分
   解し、該火炎分解の出口温度範囲を７００〜１２００℃
   とすることを特徴とする還元ガス、オレフィンおよび液
   状生成物を製造する方法。 ２ 石油系炭化水素を原料油とし、それを分割して得ら
   れる軽質炭化水素と重質炭化水素を使用する特許請求の
   範囲第１項記載の方法。 ３ 目的とするガス状生成物が還元ガスとしては水素お
   よび一酸化炭素であり、オレフィンとしてはエチレン、
   アセチレン、プロピレン、ブタジエン等である特許請求
   の範囲第１項記載の方法。 ４ 部分酸化温度が１８００〜２６００℃である特許請
   求の範囲第１項記載の方法。 ５ 生成する液状生成物がピッチである特許請求の範囲
   第１項記載の方法。 ６ 原料油の分割を滞留、熱分解で行なう特許請求の範
   囲第２項記載の方法。 ７ 原料油が原油、重質油あるいは軽質炭化水素の混合
   物である特許請求の範囲第２項記載の方法。