JPS6256917B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

この発明は石油系重質油の連続的熱分解方法に
関する。 石油系重質油の連続的熱分解方法であつて、熱
分解反応生成物中の所望成分含有量が選択的に大
とされ得る方法であり、安定して連続的に遂行さ
れ得る方法を提供することが、この発明の目的で
ある。 石油系重質油の有効利用を目的として、これを
熱分解してガス・軽質分解油およびピツチを得る
試みが種々行われている。 製鉄高炉用コークス製造のための粘結剤とし
て、あるいは粘結炭の代替品として、大量に存在
する石油系重質油から製造されるピツチを利用す
ることは、製鉄用原料炭の大部分を海外からの輸
入に依存している本邦においては輸入原料炭の節
減あるいは使用し得る原料炭の品種選択の範囲の
拡大のために極めて有意義である。 石油系重質油の熱分解により生成するピツチを
上記の目的に適した品質のものとする場合には、
得られるピツチの性状がベンゼン不溶分において
多く、キノリン（C₉H₇N）不溶分が少い品質、即
ち炭化度と重縮合度が中間的であるβレジン分含
有量大なる組成のものとすることが必要である。 製品の品質と収率の管理のために反応条件の選
定が重要であることは云うまでもないが、熱分解
処理が工業的に実施される場合には選定された反
応条件が被処理油全体に対して可及的に均一に維
持されることが重要となる。最適反応条件を被処
理油全体に均一的に保持する目的と熱分解反応中
に不可避的に生成するコークス状物質の集合凝結
の防止のために、被処理油の充分な撹拌が不可欠
である。 撹拌は通常の方法、即ち回転翼・流体注入ある
いは超音波による方法などが単独にか、あるいは
併用して任意に使用され得るが、これらの撹拌に
より良好な混合状態にあり、温度・圧力および滞
留時間などの反応条件が精密に調節されていても
通常の単一槽型の反応器に連続的に原料が供給さ
れ、連続的に製品が抽出される形態の反応系によ
つて熱分解処理が、特に大容量の反応器を使用し
て比較的に大なる滞留時間を以て実施される場合
には、多成分が混合状態にある被処理油中には、
被処理油が反応器を短絡的に通過すること、ある
いは逆流混合のため、原料重質油に含有されてい
る成分物質に近似した未変化に近い物質と熱分解
による炭化・重縮合が過度に進行して生成した物
質が混在することは避けられない。このために単
一槽型反応器の使用によつては前記の特定成分β
レジン分が特に富化されたピツチを得ることは不
可能である。反応条件を精密に制御しても、この
事態は改善され得ない。 被処理油の一部が反応器を短絡的に通過し、一
方他の一部は反応器内に所定の滞留時間以上に長
時間停滞する現象を防止せぬ限り所望成分の選択
的富化は望めない。この対策として可及的に小容
量の複数基の撹拌混合反応槽が直列に連結され、
被処理油は順次にこれらの反応槽を通過しつつ反
応させられることによつて、各反応槽の流入端か
ら流出端までの間における短絡的通過・長期滞留
あるいは逆流混合による障碍は軽減され得ること
となつたが（特開昭53−65302および119903）、こ
の方法では、各反応槽間の被処理油の移送に後述
の通りの問題が生じ、改めて解決を要することが
明らかとなつた。 石油系重質油の熱分解は可及的に高反応温度に
おいて遂行することが当然高効率であるが、高反
応温度においては必然的にその進行が促進される
コーキングについては、これを最小限に止めなけ
ればならないという本質的に両立し難い要求を有
している。 この背反する二つの要求を満足させる手段とし
て必要最低の反応温度として反応域における滞留
時間を大とせざるを得ない。 滞留時間を大としているために、複数基の反応
槽を直列に連結して反応槽間に導管を設けて被処
理油を移送する場合には反応槽間の導管内流量は
当然小である。 移送されるべき被処理油の流量が小であり所要
口径か、あるいはそれ以下の導管を使用しても、
また必要以上に大口径の導管を使用しても、いず
れにしても導管有効流通断面は炭素化粒子と重縮
合物との混合物の凝固付着により短時間内に狭小
化し容易に閉塞に至る。このため各反応槽の液面
制御も各反応槽間の導管の円滑な流通が確保され
ぬ限り、当然のことながら実際上解決され得ない
問題であり、各反応槽の液面制御が不可能となる
場合は各反応槽は気液分離の機能を喪失し別途何
らかの気液分離手段が付加されざるを得ぬことと
なる。 極度にコーキングを生起し易い特徴を有する石
油系重質油の熱分解方法は、石油系重質油の熱分
解と本質的に相違し、多数の反応槽を直列させる
反応装置による方法は安定した稼働の継続が不可
能であり、加えて装置全体も複雑化することを免
れず不経済非実用的であることが明らかとなつ
た。 直列する多数の反応槽間の被処理油の円滑な移
送のために内面の平滑度が良好な導管を使用しこ
れを下降傾斜せしめて配管し、更には反応槽群の
設置に充分な高低差を与え垂直下降の導管とする
ことも試みたが、事態は一向に改善されないこと
が判明した。 平滑度良好な導管が使用されても、内面にミラ
ー状コークスがまず緻密に生成し、その後は急速
にコークス層の肥厚化が進行する。 ここに至つて発明者らは反応槽間の被処理油の
流通経路の短縮乃至省略と被処理油の何らかの押
送手段が不可欠であることを知り、後続の反応器
を直上に設置し、導管を省略し、後続の反応器へ
の被処理油の流通用の中央部分の開放部は尖鋭な
端縁を以て形成し、被処理油は気泡の浮上に誘引
されることによる押送を受けさせ、流通用開口を
形成する尖鋭な端縁は、浮上する気泡により稼働
中継続的に被処理油との接触が阻害され炭化粒子
と重縮合物質の付着が防止されるようにして反応
器間の移送の問題を解決することに想到した。発
明者らはこの着想に立脚して多槽直列式の反応装
置の致命的欠点を除き、簡単な構成の装置を使用
し、各反応器内の被処理油の短絡通過、逆流混合
を抑制しつつ反応を進行せしめ目的とする成分、
例えばβレジン分含有量大なる品質のピツチを、
石油系重質油から収得できる連続的熱分解方法を
確立すべく研究し装置の試作と試験を反復した結
果、製品組成が所望成分において特に富化される
ように選択度高く制御され得るとともに被処理油
の移行状態が気泡の浮上による誘引により完全に
改善されることによつて高品質製品が円滑に生産
され得る本発明方法を完成し得た。 この発明は加熱炉において予め所定の範囲内温
度に加熱された石油系重質油が、被処理油流通用
にその中央部分に開放部を有する一以上の区画床
によつて上下に区画され形成され、連通する複数
の反応域を内蔵する塔状の反応器の最下方の反応
域へ、連続的に供給され、反応器内における温
度・圧力・滞留時間は所定の範囲内に維持され、
かつ反応域において被処理油が混合撹拌状態にあ
る条件下に気泡とともに上方の反応域へ順次に移
行させられつつ熱分解を受け、所定の反応率に達
した後、上方の反応域から連続的に排出されるこ
とを特徴とする石油系重質油の熱分解方法であ
る。加熱炉による予熱はβレジン分の多いピツチ
を得る場合には450〜520℃の範囲内の温度とさ
れ、反応器内における被処理油温度は370〜450℃
の範囲内、同圧力は１〜20ata.の範囲内に、反応
器内滞留時間は１〜10時間の範囲内とされる。 最上方の反応域においてガスと蒸発気がピツチ
から分離される。この発明の方法においては各反
応域における被処理油の短絡流通が最少限に止め
られ逆流混合が完全に防止されつつ均一な分散撹
拌が遂行され、各反応域間の円滑な移行が確保さ
れるために反応系全体としてはピストン流と見做
される通過状態を以て熱分解反応が進行させられ
ることとなり所望品質の製品が高収率を以て得ら
れる。 所望品質の製品、即ち所望成分が特に富化され
た製品が得られるということは、この場合、不所
望成分への転化が少いことであるから当然高収率
となる。 この発明の方法における重要事項の一項目は、
反応の進行に伴い発生するガスおよび蒸発気の増
加が顕著である石油系重質油の熱分解反応におい
て被処理油の流通方向を垂直上昇として被処理油
中を分散し上昇する気泡の浮力を以て被処理油の
後続の反応域への移行が円滑化され、かつ逆流混
合が反応域相互間において完全に阻止され、反応
域間の連通部の狭小化も生起しないことである。 第１図により、この発明の方法を説明する。原
料とする石油系重質油はタンク１よりポンプ２に
吸引され圧送されて管状加熱炉３へ連続的に供給
され、ここにおいて450〜520℃の範囲内の温度に
なるように加熱され、その後に反応器４の下部の
反応域へ連続的に送入される。 第１図の反応器４は内部に４枚の区画床９が、
その中央部分に開放部を有して、上下に設備さ
れ、５室の反応域１２が形成されており、開放部
を貫通して撹拌翼１１回転用の駆動軸１０が設備
されている。 区画床の数には特に制限はないが、これは主と
して反応器内の被処理油の滞留時間によつて決定
される。 滞留時間が長い場合に区画床数も多くされる。
区画床数は２〜10の範囲内、通常２〜５の範囲内
とされる。区画床間の距離は反応器内径の0.5〜
２倍の間とされるが通常は内径と等しくされる。 区画床間にある反応域空間において円滑な被処
理油の良好な循環混合が生起するためには反応器
内径と区画床間距離が等しい場合が最良であり、
区画床間距離が反応器内径の２倍以上とされる場
合には渦流が二以上形成され撹拌混合は不均一と
なり、0.5倍以下では渦流の形成が不安定とな
る。各区画床はその中央部分に開放部があり、こ
の開放部を通して被処理油は気泡の浮力に助勢さ
れて上方の反応域へ上昇移行する。 撹拌翼１１は駆動軸１０を介して駆動用原動機
５によつて回転し、開放部より上昇する被処理油
を反応器内側壁面への方向に誘引押送する。被処
理油は内側壁面に達して反転し、反応域１２の上
方部分を中央へ移行し次の反応域へ上昇流入す
る。 撹拌翼には気泡の浮力により被処理油が各開放
部のみを短絡通過することを防止するために、そ
の回転速度と形状の決定、および反応域底面から
の高さに充分な注意が払われなければならない。 各区画床は反応塔内側壁面より開放部端縁に向
い通常５〜45゜の上り勾配が与えられ、各区画床
下に気泡の停滞がないようにされる。各区画床に
はその最低部分に床上の沈積物を下方の反応域へ
落下させるための小開孔が適当数、穿設される。 各区画床の開放部の面積と反応域水平断面々積
との比率は通常1/10〜1/4とされるが、好ましく
は1/3〜1/4の範囲内とされる。開放部の通過ガス
速度は上昇するガスに被処理油が過度に帯同され
て下方の反応域の被処理油滞留量が不足しない範
囲になるように決定される。 被処理油は上方の反応域へ移行するに従つて熱
分解と重縮合反応の進行により、気泡を発生しつ
つ次第にピツチ化し反応器最上部において所定の
反応率に達し、連続的に流出させられ、冷却槽７
に至り、ここにおいて冷却され低温例えば350℃
以下とされて熱分解反応が停止させられる。 冷却槽７のピツチは液状に保持され底部より連
続的にポンプ８より管１５から送出される。 反応器４へは所望により適当位置へ加熱用水蒸
気などを注入してよい。 熱分解反応により発生したガス・蒸発気および
注入された水蒸気などは反応器の頂部の反応域の
上方の気相空間より排出されて分留装置６に導入
され、分解ガスと熱分解軽質油として、それぞれ
管１３および１４より送出される。この発明の方
法によれば特定成分が富化され優れた品質のピツ
チが、安定した操業状態を以て生産されるのみな
らず、使用される装置の反応器は一基であり、付
帯の配管その他の付属設備が簡素化され、反応器
内部に無効の空間部分が少いために反応器自体も
小型であり、装置全体の所要設置面積も格段に小
であり、極めて経済的である。 以下に比較例と実施例を挙げて、この発明の方
法の効果を示す。 実験例 第１図に示される装置において、比較のために
区画床がない場合および区画床２枚、５枚、10枚
の各場合について熱分解処理を実施した。区画床
を設備した場合に被処理油の反応器内における移
動状態は良好であり区画床による支障の兆候は全
く認められなかつた。 この比較例と実施例において、使用された反応
器は高さ2600mm、内径400mmであり、反応器滞留
時間は２時間とされた。 この実施例においてはこの反応器中の段間隔は
段数に応じ均等とされ、開放部／反応器水平断
面々積比は0.3とされた。 この実験において測定された結果を第１表に示
す。 第１表により明らかであるように、区画床がな
い反応器によつて製造されたピツチは区画床を設
備した場合に比較してキノリン不溶分が多いにも
かかわらずベンゼン不溶分が少いので結果的にβ
レジン成分が少い。 また、区画床の数が多くなる程βレジン成分は
増加するが、区画床の有無による差違よりは小で
あり、被処理油の短絡通過あるいは逆流混合が防
止された上向流として被処理油が反応器内を通過
させられることによる効果自体が大きいことが理
解できる。

【表】

【表】 【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の方法を実施する装置の一例
を示す。 １……タンク、２……ポンプ、３……管状加熱
炉、４……反応器、５……原動機、６……分留装
置、７……冷却槽、８……ポンプ、９……区画
床、１０……駆動軸、１１……撹拌翼、１２……
反応域、１３……管、１４……管、１５……管。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 加熱炉において予め所定の範囲内の温度に加
   熱された石油系重質油が、その中央部分に開放部
   を有する一以上の区画床によつて上下に区画され
   て形成され連通する複数の反応域を内蔵する塔状
   の反応器の最下方の反応域へ連続的に供給され、
   反応器内における温度・圧力・滞留時間は所定の
   範囲内に維持され、かつ各反応域の被処理油が撹
   拌状態にある条件下に気泡とともに上方の反応域
   へ順次に移行させられつつ熱分解され、最上方の
   反応域から連続的に排出されることを特徴とする
   石油系重質油熱分解法。