JPS621677B2 - - Google Patents

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JPS621677B2
JPS621677B2 JP57061846A JP6184682A JPS621677B2 JP S621677 B2 JPS621677 B2 JP S621677B2 JP 57061846 A JP57061846 A JP 57061846A JP 6184682 A JP6184682 A JP 6184682A JP S621677 B2 JPS621677 B2 JP S621677B2
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stream
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temperature
combustion
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JP57061846A
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Maikuru Roe Kurisutofuaa
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Union Carbide Corp
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Union Carbide Corp
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Publication date
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G9/00—Thermal non-catalytic cracking, in the absence of hydrogen, of hydrocarbon oils
    • C10G9/34—Thermal non-catalytic cracking, in the absence of hydrogen, of hydrocarbon oils by direct contact with inert preheated fluids, e.g. with molten metals or salts
    • C10G9/36—Thermal non-catalytic cracking, in the absence of hydrogen, of hydrocarbon oils by direct contact with inert preheated fluids, e.g. with molten metals or salts with heated gases or vapours
    • C10G9/38—Thermal non-catalytic cracking, in the absence of hydrogen, of hydrocarbon oils by direct contact with inert preheated fluids, e.g. with molten metals or salts with heated gases or vapours produced by partial combustion of the material to be cracked or by combustion of another hydrocarbon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G2400/00—Products obtained by processes covered by groups C10G9/00 - C10G69/14
    • C10G2400/20—C2-C4 olefins

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
  • Production Of Liquid Hydrocarbon Mixture For Refining Petroleum (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は進歩したクラツキング反応方法に対す
る熱担体（heat carrier）の発生方法に関する。
本明細書に使用する「進歩したクラツキング反
応（ACR）方法」の用語は、酸化体中、しかも
過熱水蒸気の存在下において、任意の広範囲にわ
たる多種の流体燃料（例えば気体、液体及び流動
化した固体）の、燃焼帯域における燃焼により、
高温気体燃焼生成物の流れを出現させることので
きる方法を意味する。次いでクラツキングすべき
炭化水素供給原料を該高温気体燃焼生成物の流れ
中に注入し、かつ混合して、反応帯域におけるク
ラツキング反応を行う。次いで最終帯域において
急冷すると、該燃焼生成物及び反応生成物が該流
れから分離される。
該ACR法の操作がChemical Engineering
Progressの第71巻、第11号、1975年11月号、第
63〜67頁における「Ethylene from Crude Oil
（原油からのエチレン）」の表題のHosoiらの論文
に更に詳しく開示されている。このような方法の
一つの態様が、1979年１月23日にG.R.Kammら
に対して発行されたProcess for Thermal
Cracking of Hydrocarbonsの名称の米国特許第
4136015号明細書に開示され、かつ特許請求され
ている。
炭化水素供給原料の熱分解が気体熱担体との直
接接触によつて行われ、しかも該気体熱担体がバ
ーナー中における酸素（スチームの添加を伴つ
た、または伴わない）による燃料の燃焼により生
成される該ACR法においては、或る種の流れ及
び温度の熱担体ガスを生成するために要する燃料
及び酸素の量を最小化し、しかもこの熱担体ガス
中の一酸化炭素含量及び二酸化炭素含量を最小化
し、それにより下流における分離の困難性を減少
させることが有利である。このことはまた、燃焼
帯域燃料は、下流における分離問題を増加させる
であろう硫黄やその他の不純物を含有せずに、高
品質のものであることが好ましいという観点から
も有利である。このような品質を有する燃料は大
きな需要があり、高価で、しかも入手が困難であ
る。該燃焼帯域燃料の量を減少させることによ
り、クラツキング反応からの副生燃料の生成を以
つて燃焼必要物を供給し、したがつて、このよう
な高品質燃料を外部から調達する必要性をなくす
ことができる。
現在においては、スチームと、加熱炉における
空気による流体燃料の燃焼物との熱交換のよう
な、費用のかからないエネルギー源の使用により
燃料、酸素及びスチームを個々に予熱することに
よつて燃焼帯域燃料及び酸素の必要量を最小化し
ている。この燃料の予熱はコークス化／汚損／炭
素レイダウン（carbon laydown）の生ずる温度
によつて制限され、それによつて運転性の問題が
生ずる。酸素及びスチームの予熱は経済的に実用
的な構成材料により制限を受ける。該燃料は、予
熱後にバーナー中においてスチームを添加した酸
素により燃焼させ、クラツキング反応に対する熱
の供給及び希釈に好適な高温の流れを生成させ
る。
本発明により進歩したクラツキング反応性が提
供される。該方法においては、酸化体の流れ中、
しかもスチームの流れの存在下における流体燃料
の流れの燃焼により第一段階燃焼帯域に高温の気
体燃焼生成物の流れを出現させ、次いで第二段階
反応帯域において、クラツキングすべき炭化水素
供給原料を該高温の気体燃焼生成物の流れの中に
注入し、かつ混合してクラツキング反応を行い、
しかもこの場合、該酸化体、燃料及びスチームの
各流れのそれぞれを、混合及び燃焼に先立つて予
熱し、その改良点が：前記酸化体の流れを別個に
予熱し：前記燃料の流れと少くとも一部の前記ス
チームの流れとを合流させて、0.1〜10の間のス
チーム対、燃料の比を有する合流された流れを形
成し、次いで前記合流された流れを、構造的強度
を与えることのできる不活性担体上における、元
素周期表の第族金属から選択される少くとも１
種の金属を包含するリホーミング触媒の存在下に
1000℃までの温度において予熱し、かつリホーミ
ングし；プロセススチームの流れの、いくらかの
残りを別個に予熱し；前記予熱した酸化体、合流
されたスチームの流れ、及び残りのスチームの流
れを混合し、前記第一段階燃焼帯域において混合
状態で燃焼させて、前記高温気体燃焼生成物の流
れを生じさせることを包含する。
燃料とスチームの一部とを予備混合することに
よつて、予熱器におけるコークス化／汚損／炭素
レイダウンの問題なしに、燃料予熱の限界を増大
させることができる。アルミナ上に担体されたニ
ツケルのような適当なリホーミング触媒上に、こ
の予備混合された燃料及びスチームを、吸熱リホ
ーミング反応に対して熱を供給するためのエネル
ギー入力を伴つて通すことにより、費用のより少
い、より豊富なエネルギー源の使用によつて、バ
ーナー供給物の総エネルギーが増加される。バー
ナー（第一段階燃焼帯域）における燃焼に当つ
て、燃料、酸素及びスチームの単独の個々の予熱
により与えられるよりも、より少い一酸化炭素及
び二酸化炭素を含有する、類似（または等価）の
熱担体ガスを生成するのに、より少量の燃料及び
酸素を必要とする。
本発明のリホーミング帯域において使用される
リホーミング触媒は元素周期表の第族の任意の
金属触媒（すなわち、Fe、Co、Ni、Ru、Rh、
Pd、Os、Ir、Pt）または、それらの任意の組合
せを包含することができる。ニツケルが好ましい
触媒である。
触媒は、単独または組合せにおけるアルミナ、
マグネシア、アルミン酸カルシウム、酸化カルシ
ウム、シリカ及び／またはその他の担持体のよう
な適当な公知の不活性耐火金属酸化物上に担持す
る。該担体は触媒に対して構造的強度と安定性と
を与え、該触媒は該担体上に金属元素（類）の酸
化物またはその他の化合物として被覆され、その
場で金属状態に還元されるか、または他の手段に
より転化されることがある。
燃料が二酸化炭素の不存在下に一酸化炭素を含
有する場合においては周知の反応： 2COＣ＋CO2 によつて炭素を生成することがあり得る。この場
合、一酸化炭素に関して適度な濃度において二酸
化炭素が存在するように該燃料を処理することが
好ましい。これは(a)二酸化炭素の直接添加；(b)適
当なメタン化触媒上に該燃料を水素と共に通すこ
とによりメタン及び水を生成させる；(c)適当な転
化（shift）触媒上に該燃料をスチームと共に通
すことにより二酸化炭素及び水素を生成させる：
または(d)外部バーナーにおいて、該燃料の少量部
分とスチームを添加した酸素とを燃焼させること
により、リホーミング装置の入口に二酸化炭素を
供給する；ことにより可能である。これらの処理
工程、装置及びそれに対する触媒は、それ自体、
化学処理技術における当業者に周知である。
本発明方法の特定工程が下記により構成される
ことがわかつた： 酸素の予熱 使用する酸素（酸化体）の流れの純度は21モル
％（空気）と100モル％との間であることがで
き、圧力は１気圧と100気圧との間であり、加熱
炉において1000℃までの任意の所望の温度に予熱
する。
周囲温度及び５気圧と12気圧との間における純
度99+モル％の、しかも500℃と800℃との間に予
熱した酸素を使用することが好ましい。
燃料及びスチームの流れの合流 典型的な炭化水素、水素及び二酸化炭素を含有
し、１気圧と100気圧との間の圧力における燃料
を1000℃までの任意の所望の温度に予熱しつつ、
１気圧と100気圧との間の圧力におけるスチーム
と、0.1から10までの間のスチーム対燃料の比
（重量）において混合する。
水素及びメタンを含有し、周囲温度及び５気圧
と12気圧との間の圧力における気体燃料と、５気
圧と12気圧との間の圧力における飽和スチームと
を、１と５との間のスチーム対燃料の比（重量）
において混合することが好ましい。
燃料／スチームの合流された流れの予熱 この燃料／スチーム混合物を、リホーミング炉
に入る前に1000℃まで、好ましくは、700℃と900
℃との間の任意の所望の温度に予熱する。
残りのスチームの予熱 残りのスチームを加熱炉において、1000℃まで
好ましくは800℃と1000℃との間の任意の所望の
温度に予熱する。
燃料／スチームの合流された流れのリホーミング 燃料／スチームの混合物をリホーミング炉にお
いて1000℃まで、好ましくは800℃と1000℃との
間の任意の所望の温度においてリホーミングす
る。
リホーミングされた燃料／スチーム混合物（合
流された流れ）をバーナー中において、スチーム
と共に、完全燃焼に対して必要な酸素の75％から
125％までの間における酸素により燃焼させる。
該混合物を燃焼及び酸素の１ポンド当りスチーム
25ポンドまでの速度においてバーナー中に添加し
て、高温に有する気体熱担体を生成させる。
図面において： 図１の装置はACR法により定義される環境下
における酸素、燃料及びスチームの予熱に対し、
現在使用されている先行技術を概略的に示したも
のであり、 図２はACR法により定義される環境下におけ
る酸素、燃料及びスチームの予熱に対し、本発明
の改良方法の実施に当つて使用するのに好適な装
置を概略的に示すものである。
図面の図１において概略的に示すように、通常
には21℃の温度において遭遇し、150ポンドの圧
力において供給される酸素またはその他の酸化体
を２個の予熱器１０及び１２の連続において予熱
する。多管型熱交換器である第一の予熱器１０に
おいて酸化体の流れを約200℃の温度を有する200
ポンドのスチームにより加熱する。第二の熱交換
器１２において該酸化体を600ポンドのスチーム
により更に加熱して、加熱炉１４の前においてお
よそ240℃の温度とする。この加熱炉１４は燃料
と空気との燃焼により加熱される管式炉である。
600ポンドにおける飽和スチームは、およそ255℃
の温度のものである。加熱炉１４からの酸化体の
流れは、およそ600℃の温度を有する。この温度
は系の冶金学的制限の故に、本発明方法の最も高
い、好ましい温度領域を示す。同時に、気体状の
燃料（好ましくは硫黄を含有しない）を周囲温度
の21℃、およそ100〜150ポンドの圧力において、
200ポンドスチームにより加熱される管路
（line）熱交換器１６に供給する。
燃料の流れを、多管型であり、かつ燃料の流れ
を、およそ240℃の温度に高める燃料管路予熱器
１８に引続いて通す。該燃料の流れを更に予熱す
るために加熱炉２０に注入し、次いで約600℃の
温度において排出させる。この温度は燃料の流れ
に対する予熱の有効温度限界である。なぜなら
ば、これ以上の高温に加熱すれば炭素の析出が生
ずるからである。
それと同時に125ポンドのスチーム（177℃）を
管路多管型熱交換器２２を通して導入し、600ポ
ンドのスチームとの熱交換において加熱し、加熱
炉２４への導入前において240℃の温度に高め、
これを約800℃において排出させる。この温度は
構造材料の強度の喪失のような冶金学的制限に基
づく、本発明方法のスチーム中における極限温度
限界を実質的に示す。
該予熱した酸素、燃料及びスチームの全３種の
流れを同時にバーナー２６に導入する。該バーナ
ーにおいてそれらの流を燃焼させて、ACRクラ
ツキング方法に使用される熱担体流体の流れを生
成させる。
この先行技術の予熱性を添付図面の図２に概略
的に示される本発明方法により改良した。
図２に示すように、等価の装置を図１に適用し
たものと同一の引用数字を付して示した。したが
つて酸素管路要素１０′，１２′及び１４′におい
て同様な加熱が行われる。燃料を熱交換器１６′
において予熱してから、管路３０を通してスチー
ム管路からのスチームの一部（または理論的にス
チームの全部）と燃料とを合流させ、次いで600
ポンドのスチームにより加熱される、より大きな
熱交換器１８′において予熱する。該予熱された
燃料とスチームとの流れの混合物をリホーミング
炉３２に導入する。
添付図面の図２に点線３０ａによつて示される
ように十分（600ポンド）に予熱されたスチーム
を十分（600ポンド）に予熱した流れ中に導入し
て混合させることも、運転性及び好ましさの点に
おいて二者択一的に同一である。管路３０を通し
ての、燃料へのスチームの導入の態様に対して得
られるものと実質的に等しいプロセス結果が得ら
れるものと思われる。その代りの、異つた予熱水
準における燃料とスチームとの混合も、結果にお
いて同様に実質的に等価である。
スチームの流れの残りの部分を管路３４を経て
熱交換器２２′に通し、600ポンドのスチームと熱
交換してから加熱炉２４′に供給する。
予熱された、酸素の流れ、リホーミングされ、
合流された燃料とスチームとの流れ、及び残りの
スチームの流れの同時供給を、それぞれ管路３
６，３８及び４０を通してバーナー２６′に対し
て行う。バーナー２６′において、それらを混合
し、燃焼させて、ACR法に対する熱担体燃焼生
成物の流れを生成させる。
対照実験Ａ：現在実施されている方法 気体熱担体を、2180℃及び5.76気圧においてし
かもクラツキングすべき炭化水素供給原料100ポ
ンド当り、7.7ポンドモルの速度において製造し
た。酸素を600℃に予熱し；メタン燃料を600℃に
予熱し；かつ飽和スチームを8.8気圧において800
℃に予熱した。該予熱したメタン燃料はバーナー
中において、化学量論的平衡の５％燃料過剰にお
ける予熱酸素を使用し、スチームを添加し、99.5
％の酸素燃焼効率を以つて、しかも熱損失である
１〜1/2％の放熱量を以つて燃焼した。この操作
は予熱に対するエネルギー78，899Btu；燃料
12.98ポンド；酸素49.55ポンド；及びスチーム
94，89ポンドを要した。これらのすべての測定値
（上記及び下記）はクラツキングすべき炭化水素
供給原料100ポンドを基準にして測定したもので
ある。
生成された熱担体は水素0.2ポンド；一酸化炭
素1.04ポンド；二酸化炭素33.97ポンド；スチー
ム121.91ポンド及び酸素0.24ポンドを包含する。
実施例１：リホーミング メタン燃料をスチーム３重量部と混合し、800
℃、6.4気圧において、平衡に対する25℃アプロ
ーチ（approach）を仮定してリホーミングを行
つた点を除いて、対照実験Ａにおけると同一の関
係を維持した。この操作においては、83，
503Btuの予熱；50，170Btuの反応熱；10.19ポン
ドの燃料；38.88ポンドの酸素及び103.31ポンド
のスチームを要した。
生成された熱担体は水素0.20ポンド；一酸化炭
素0.66ポンド；二酸化炭素26.90ポンド；スチー
ム125.43ポンド及び酸素0.19ポンドを含有する。
実施例１は本発明方法の実施において、より少
量燃料及び酸素に対してより多くのエネルギーを
系に導入することができることを示す。
対照実験Ｂ：工業的（濃度）水準 （現在実施されている方法） 燃料が水素1.34重量％、メタン79.61重量％、
エチレン1.02重量％及び一酸化炭素18.03重量％
である点を除いて対照実験Ａにおけると同一の関
係を維持した。この操作においては79，268Btu
の予熱；14.84ポンドの燃料；48.60ポンドの酸
素；及び94.89ポンドのスチームを要した。
生成される熱担体は水素0.23ポンド；一酸化炭
素1.05ポンド；二酸化炭素33.45ポンド；スチー
ム121.36ポンド；及び酸素0.24ポンドを含有す
る。
実施例２：リホーミングプラスCO2添加 燃料を、理論的必要量よりも10％多い二酸化炭
素と混合して、750℃及び7.7気圧において反応
2COCO2＋Ｃによる炭素の生成を防止した点を
除いて対照例Ｂと同一の関係を維持した。この混
合物を更にスチーム３重量部と混合し、次いで
800℃及び6.4気圧において、平衡に対して25℃の
アプローチを仮定してホーミングした。該操作に
おいて、83，949Btuの予熱；47，468Btuの反応
熱入力；11.80ポンドの燃料；0.25ポンドの二酸
化炭素；38.63ポンドの酸素及び103.77ポンドの
スチームを要した。
生成された熱担体は水素0.19ポンド；一酸化炭
素0.70ポンド；二酸化炭素28.64ポンド；スチー
ム124.73ポンド及び酸素0.19ポンドを含有する。
【図面の簡単な説明】
図１は酸素、燃料及びスチームの予熱に対して
現在使用されている先行技術の装置の概略図であ
る。図２は酸素、燃料及びスチームの予熱に対し
て、本発明方法において使用される装置の概略図
である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 酸化体中、しかもスチームの存在下における
    流体燃料の燃焼により第一段階燃焼帯域に高温の
    気体燃焼生成物の流れを出現させ、次いで第二段
    階反応帯域において、クラツキングすべき炭化水
    素供給原料を該高温の気体燃焼生成物の流れ中に
    注入し、かつ混合してクラツキング反応を行い、
    しかもこの場合、該酸化体、燃料及びスチームの
    各プロセス流れのそれぞれを、混合及び燃焼に先
    立つて予熱する進歩したクラツキング反応方法に
    おいて、その改良点が：前記酸化体の流れを別個
    に予熱し；前記燃料の流れと前記スチームのプロ
    セス流れの少なくとも一部とを合流させて、0.1
    〜10の間のスチーム対燃料の比を有する流れを形
    成させ、次いで該合流させた流れを予熱し；前記
    合流された流れを、構造強度を与えることのでき
    る不活性担体上に元素周期表の第族の金属から
    選択される少なくとも１種の金属を包含するリホ
    ーミング触媒の存在下に、約1000℃までの温度に
    おいてリホーミングし；該スチームのプロセス流
    れのいくらかの残りを別個に予熱し；次いで前記
    予熱した酸化体、合流されたスチームのプロセス
    流れ及び残りのスチームのプロセス流れを混合し
    て、前記第一段階燃焼帯域において混合状態で燃
    焼させて前記高温の気体燃焼生成物の流れを生じ
    させることを包含することを特徴とする前記進歩
    したクラツキング反応方法。 ２ 酸化体中の流れが、21モル％と100モル％と
    の間の酸素含量、周囲温度と1000℃との間の初期
    温度、１気圧と100気圧との間の圧力及び約1000
    ℃までの予熱後の温度を有する特許請求の範囲第
    １項記載の方法。 ３ 酸化体が、周囲温度、約５気圧と12気圧との
    間の圧力及び約500℃と800℃との間の予熱された
    温度において、99モル％以上の純度を有する酸素
    を含有するものである特許請求の範囲第２項記載
    の方法。 ４ ほぼ周囲温度と約1000℃との間の温度及び約
    １気圧と100気圧との間の圧力を有する流体燃料
    の流れを、約１気圧と100気圧との間における過
    熱水蒸気と混合して、約1.0と５との間のスチー
    ム対燃料の比を有する合流された流れを生じさせ
    る特許請求の範囲第１項記載の方法。 ５ 合流された燃料とスチームとの流れを、約
    700℃と900℃との間の温度に予熱する特許請求の
    範囲第１項記載の方法。 ６ スチームのプロセス流れの残りを、約500℃
    と1000℃との間、好ましくは800℃と1000℃との
    間の温度に予熱する特許請求の範囲第１項記載の
    方法。 ７ 燃料とスチームとの合流された流れを、約
    800℃と1000℃との間の温度においてリホーミン
    グする特許請求の範囲第１項記載の方法。 ８ 燃料の流れを、該燃料とスチームの流れとの
    混合に先立つて、理論的必要量よりも約10％ほど
    多量の二酸化炭素と混合して、操作温度及び操作
    圧力における炭素の生成を防止する特許請求の範
    囲第１項記載の方法。 ９ リホーミングした、燃料とスチームとの合流
    された流れを、燃焼帯域において、完全燃焼に要
    する酸素の約75％から125％までの間における酸
    化体の流れにより、燃料と酸素との１ポンド当り
    スチーム25ポンドまでの速度において、該燃焼帯
    域に添加されるスチームと共に燃焼させる特許請
    求の範囲第１項記載の方法。 １０ リホーミング触媒がアルミナ上に担持され
    たニツケルである特許請求の範囲第１項記載の方
    法。 １１ 不活性担体系が、少なくとも１種の耐火金
    属酸化物を包含するものである特許請求の範囲第
    １項記載の方法。 １２ 不活性耐火金属酸化物が、アルミナ及びシ
    リカより成る群から選択されるものである特許請
    求の範囲第１１項記載の方法。
JP57061846A 1981-04-15 1982-04-15 Generation of heat carrier Granted JPS57190085A (en)

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US (1) US4321131A (ja)
EP (1) EP0069830B1 (ja)
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