JPS6291589A - 炭化水素分解装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、低級オレフィン、特にエチレン又は産業上利
用される他の製品を製造するための気体又は液体炭化水
素を分解するための装置に関する。

本装置は、主として、比較的高い反応温度で非常に短い
接触時間の間に行なう炭化水素熱分解プロセスを意図す
る。

〔従来の技術及び発明が解決しようとする問題点〕沸点
３６０℃の気体又は液体炭化水素の熱分解プロセスは、
通常は、輻射室に設置した１又はそれ以上の分解反応器
により適当な反応室を構成し、そしてそれを無炎バーナ
ー（ｆｌａｍｅｌｅｓｓ　ｂｕｒｎｅｒｓ）の熱輻射に
より加熱する熱分解炉で希釈スチームの存在の下に行な
われる。反応の気体生成物すなわち熱分解ガスは、分解
反応器を出てから限界温度６００℃以下に急冷させて、
製品の収率を低下させる望ましくない副反応を回避する
。急冷は熱交換器で行なわれ、熱分解ガスの熱は高圧ス
チームを発生させるのに利用される。廃ガスは輻射室か
ら対流伝熱部へと進み、そのガスの余剰の熱は、゛供給
原料、希釈スチーム、燃焼用空気、高圧熱交換器用の供
給水を予熱するのに、またこれらの熱交換器で発生した
高圧スチームを過熱するのに利用される。

分解反応器は、一般には、熱分解炉の輻射室に垂直もし
くは水平に設置したチューブコイルとして形成される。

この型式の装置は、７００〜８００℃の温度で０．３〜
１．０秒の接触時間の間に熱分解を行なうのを可能にす
る。熱分解炉が、その輻射室に垂直に位置し且つ下部の
入口と上部の出口とを備えた比較的小さな径の直管群を
有する、公知の装置もある。この種の装置は、適当な反
応が０．３秒より短い接触時間及び比較的高い温度で起
こり、製品の品質及びその収率に有利に影響を及ぼす、
いわゆるミリ秒熱分解を行なうのを可能にする。

他の公知の装置においては、ミリ秒熱分解は、上部の入
口と上部の出口とを有する細長く伸びた二重式分解反応
器の群を少なくとも１つ有する熱分解炉で行なわれる。

それぞれの反応器は、外管と、その外管の内側へ同軸的
に下方向に伸びる内管とからなり、外管の内面と内管の
外面との間には隙間が存在する。下から外管を閉鎖し、
且つ、入口から内管の中を通って流れる炭化水素の下降
流を外管と内管との間の隙間を通って出口へと流れる上
昇流に反転する半輪形溝付きの仕切を、内管の開放した
下端に向けて取付ける。それぞれの分解反応器の上部は
、熱分解炉から突き出ており、そしてこれを、供給原料
を予熱すると同時に熱分解ガスを急冷するためのユニッ
トとして働く二管式熱交換器が取囲む。この装置の利点
は、輻射室にある分解反応器部分の高さが低いこと、及
び無炎バーナーにより生ずる熱のほかに炭化水素の上昇
流と下降流との間の伝熱を利用する可能性にある。その
一方、熱交換器として働くこの分解反応器の上部は、ど
ちらかと言えば複雑で、高さが比較的高い。その上、処
理される物質の加熱の進行は、反応の第１段階が他より
も激しくないので十分ではない。このため、反応器部分
の表面の温度分布も有利ではな（、装置の実用寿命が低
下する。

本発明の目的は、公知の二重管式分解反応器の上に述べ
た不利な点を回避してその有利な特質を利用することで
ある。

〔問題点を解決するための手段及び作用効果〕本発明に
よれば、それぞれの分解反応器には、上部入口を外管と
内管との間の隙間に接続し、上部出口を内管の内側に接
続する。そのため、処理される物質は最初はその隙間を
通って下方に流れ、その後内管を通って上方に流れる。

分解反応器と、炭化水素又は炭化水素とスチームとの混
合物を分解反応器に供給するためのユニットとの間の接
続は、前記供給ユニットに少なくとも１の供給配管で接
続し且つ少なくとも１群の分解反応器の上部入口に複数
の入口管で接続した少なくとも１の分配器（ｄｉｓｔｒ
ｉｂｕｔｏｒ）によって行なう。分解反応器と急冷部と
の接続は、少なくとも１の出口配管で急冷部の少なくと
も１の熱交換器に接続し且つ少なくとも１群の分解反応
器の上部出口に複数の出口管で接続した少なくとも１の
収集器（ｃｏ　１　ｌｅｅ　ｔｏｒ）によって行なう。

本発明の種々の態様においては、内管に合せて外管を垂
直に整合させ、外管の外辺に接線方向に沿って入口管を
取付け、外管と内管との間の隙間に横断ブレードを好ま
しくはら旋状にして配置し、一部の入口管には絞り弁を
備え付けてそれらの内径を他の入口管の内径に比べて小
さくする。

供給原料を外管と内管との間の隙間に導く本発明による
装置では、処理される物質への伝熱と、高圧熱交換器で
熱分解ガスを急冷する前の内管内でのソーキング反応と
についてより良好な条件が提供される。炭化水素の供給
原料を気化及び予熱して反応を始めさせるのについても
、良好な条件が作り出される。その外の利点は、分解反
応器内における供給原料の接触時間が短いこと、圧力損
失が小さいこと、分解の苛酷度がきびしいこと、そして
管内のコークスの付着が少ない結果として運転期間が長
いことである。装置構造は比較的暦車であり、必要な投
資費用及び原料費がより少ない。分解反応器部分の表面
の温度分布が有利であれば、装置の比較的長い実用寿命
が得られる。本発明による装置の全般的な配列は、伝統
的な装置のものとそれほど大きくは違わない。従って、
既存プラントの支持構造物、対流伝熱部及び急冷部を変
更する必要なく既存プラントを改造及び近代化するのに
、本発明を適用することが可能である。

例として、添付の図面を参照して本発明を更に説明する
。

第１図及び第２図に示すように、本発明による装置は、
熱分解炉１の輻射室３２内に一列に配置した分解反応器
２の１つの群２０を有する。輻射室３２には無炎バーナ
ー（図示せず）が備え付けられ、輻射室３２の内部は対
流伝熱部２７の内部′に通じている。第３〜５図に示す
ように、それぞれの分解反応器２は、外管３と、外管３
の内側に同軸的に下方へ伸びそして開放下端８を有する
内管４とからなる。外管３の内面と内管４の外面との間
には隙間があり、ここには横断ブレード９をら旋状に配
置する。この隙間は、上蓋７により上から閉じられる。

隙間の下部は内管４の開放端８の下の自由空間につなが
り、これに向けて半輪形の溝６付きの仕切５を配置し、
こうして外管３の内部を下方から閉鎖する。各分解反応
器２は、上部入口１０及び上部出口１１を有する。分解
反応器２の入口１０は上蓋７の直ぐ近くに位置し、外管
３の外辺に接線方向に沿って取付けた入口管１３の端と
接続される。入口管１３は、曲げをもたせて熱による伸
びの影響を補償する。分解反応器２の出口１１は、内管
４と、内管４に合せて垂直に整合し且つそれの一体部分
である出口管１２との間の上蓋７の中心に位置する。全
ての入口管１３は、分配器１４に接続し、この分配器１
４は、水平管形式であり、また、対流伝熱部２７を通り
抜けて、処理されるべき物質を供給するためのユニット
（図示せず）に接続した配管に単独の供給配管１５によ
り接続される。全ての出口管１２は、収集器１６に接続
し、この収集器１６は、水平管形式であり、また、分解
部２６の実質的部分である熱交換器１８の下部に単独の
出口配管１７により接続される。熱交換器１８の上部に
は出口管２３を設ける。熱交換器１８は更に、下降管２
４と上昇管２５とによりスチーム−水分離ドラム１９に
接続され、このドラムには給水管２１とスチーム管２２
とが設けられる。

次に、本発明による装置で行なわれる熱分解のプロセス
を、第１図を参照して説明する。供給原料３０、すなわ
ち炭化水素は、輻射室３２から来る廃ガス２８によりそ
れを予熱する対流伝熱部２７を通して導かれる。この原
料は、希釈スチーム３１と混合後、対流伝熱部２７でも
う一度予熱される。この混合物は、その後供給配管１５
を通って分配器１４に流入し、そこから入口°管１３を
通って分解反応器２に至る。分解反応器２内において、
前記混合物は、外管３と内管４との間の隙間を通って入
口１０から仕切５へと下方に流れ、そして半輪形溝６に
より反対方向に反転された後、内管４の内側を通って熱
分解ガスの形で出口１１へと上方に流れる。外管３と内
管４との間の隙間を通って混合物が通過する間に、外管
３の壁を通して混合物へ移動する輻射室２７の熱及び内
管４の壁を通して移動する熱い熱分解ガスの熱の作用に
よって、炭化水素の分解が起こ・る。伝熱量は、分解反
応器２への混合物の入口が接線方向になっていること及
び混合物がブレード９と接触することにより、混合物の
乱れが引き起こされることによって増加する。熱分解ガ
スは、最初は内管４で、外管３と内管４との間の隙間を
通って流れる混合物にそのガスの熱を移動させて、そし
て次に出口管１２で、そのガスの熱を外気に移動させて
予冷される。熱分解ガスは、収集器１６に入った後、出
口配管１７を通って熱交換器１８内に導かれ、スチーム
と水との混合物により急冷される。このスチームと水と
の混合物は、対流伝熱部２７で予熱した供給水２９が供
給されるスチーム−水分離ドラム１９から下降管２４を
通して熱交換器１８に導かれる。熱交換器１８で発生し
た高圧スチーム３４は、上昇管２５を通ってスチーム−
水分離ドラム１９に流入し、そしてここからスチーム管
２２を通って導き出される。急冷した熱分解ガスは、出
口管２３を通って熱交換器１８から最終製品３３として
導き出される。

第６図に示す装置には、熱分解炉１の１つの輻射室３２
内に位置する分解反応器２の群２０が４つ、分配器１４
が４つ、収集器１６が２つ、そして熱交換器１８が２つ
ある。分解反応器２のそれぞれの群２０には、炭化水素
とスチームとの混合物が独立した供給配管１５及び独立
した分配器１４を通して供給される。２つの収集器１６
のおのおのには、分解反応器の群２０のうちの２つがそ
れぞれ接続する。それぞれの収集器１６は、独立した出
口配管１７により２つの熱交換器１８のうちの１つに接
続され、これらの熱交換器は、両方ともただ１つのスチ
ーム−水分離ドラム１９に接続する。

分配器１４を通って流れる混合物の圧力は、供給配管１
５の口からの距離に比例して低下するので、熱分解反応
器２への供給が不ぞろいになりかねない。同じ結果が、
分解反応器２内のコークスの付着のために引き起こされ
よう。不ぞろいな供給は、混合物の流れを、例えば入口
管１３に絞り弁を取付けて、入口管１３のいくつかで絞
ること、又はそれらの口径を小さくすることによって防
ぐことができる。

下記の実施例は、ここに述べられたことの一般性を減す
ることなく本発明を説明する。

〔実施例〕

開−土 モデル装置を建設して試験を行なった。熱分解反応器は
、直径５７ｘ５ｍｍの外管と直径３０×３ｍｍの内管と
からなるものであった。双方の管の長さは約６００Ｏｒ
、＞　ｍであった。

熱分解プロセスのパラメーターは、下記のとおりであっ
た。

最大供給原料　　　　　　　　１００ｋｇ／ｈ供給スチ
ーム　　　供給原料の０．５〜０．７混合物入ロ温度　
　　　　　５００〜６５０℃混合物の反転帯域温度　　
　８２０〜９２０℃収率　　　　　　ＣＨ，１１〜１３
重量％ＣｔＨａ　　　２５〜３４重量％ Ｃ３Ｈ４１４〜１７重景％ 供単形料　　　　　　　　　　ナフサ 接触時間　　　　　　　　　　０．１秒、以下、告白 猶ニー罎 ３２個の熱分解反応器があり、処理能力が１１２００ｋ
ｇ／ｈである装置を使用した。外管の内径は１０２ｍｍ
、内管の内径は６０ｍｍであった。輻射室内の管長は１
０ｍであった。

熱分解プロセスのパラメーターは、下記のとおりであっ
た。

供給原料　　　　　　　　　　　　　ナフサ供給原料の
蒸留範囲　　　　　５０〜１７０℃熱分解の管理温度　
　　　　　　８８０℃供給原料の対流伝熱部入口温度　
６０℃混合物の対流伝熱部出口温度　　６２０℃輻射室
の火橋での廃ガス温度　　１１００℃煙突での廃ガス温
度　　　　　　１９０℃燃料ガス　　　　　　　　　　
　メタン燃料消費量　　　　　　　　　　１３８０ｋｇ
／　ｈ熱分解炉の出熱　　　　　　　　１９．ＩＭＷ輻
射輻射熱消費量　　　　　　　８．４ＭＷ外観の上では
大きく異なる本発明の多数の態様を、本発明の精神及び
範囲を逸脱することなく作ることができるであろうから
、この発明は特定の態様に限定されない、ということを
理解すべきである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、１群の分解反応器を有する装置を説明する概
要側面図である。 第２図は、第１図と同じ装置の正面図である。 第３図は、配管要素を接続した分解反応器を説明する縦
断面図である。 第４図は、第３図に示した分解反応器のＩ−１線断面図
である。 第５図は、第３図に示した分解反応器のｎ−ｎ線断面図
である。 第６図は、４群の分解反応器を有する装置を説明する概
要正面図である。 図中、２は分解反応器、３は外管、４は内管、５は仕切
、８は内管の開放下端、９は横断ブレード、ＩＯは上部
入口、１１は上部出口、１２は出口管、１３は入口管、
１４は分配器、１５は供給配管、１６は収集器、１７は
出口配管、１８は熱交換器、２０は分解反応器群である
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、垂直に伸びた二重管式分解反応器の群を少なくとも
   １つ含む熱分解炉、炭化水素又は炭化水素とスチームと
   の混合物を前記分解反応器に供給するためのユニット、
   及び、前記分解反応器を出た後の熱い熱分解ガスを急冷
   するための少なくとも１つの熱交換器を有する手段を包
   含する、炭化水素を分解するための装置において、それ
   ぞれの分解反応器が外管と内管とからなり、且つ、前記
   供給ユニットに連絡される上部入口と前記急冷を行なう
   ユニットに連絡される上部出口とを有し、前記内管が開
   放の下端を有し、且つ、その内管が前記外管の内側へ同
   軸的に下方向に伸びて前記外管の内面とその内管の外面
   との間に隙間が存在し、前記外管を下方から閉じ且つ前
   記分解反応器内の炭化水素の下方向の流れを上方向の流
   れに反転するための手段が設けられ、前記分解反応器の
   入口と前記供給ユニットとを接続し、また前記分解反応
   器の出口と前記急冷を行なう手段とを接続する配管手段
   が設けられ、前記配管手段が、 （ａ）少なくとも１つの供給配管によって前記供給ユニ
   ットに接続され、且つ、複数の入口管によって少なくと
   も１つの群の前記分解反応器の上部入口に接続されてお
   り、前記入口管のそれぞれの内側が前記分解反応器のう
   ちの１つの外管と内管との間の隙間に接続されている、
   少なくとも１つの分配器（ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｏｒ）、 （ｂ）少なくとも１つの出口配管によって少なくとも１
   つの前記熱交換器に接続され、且つ、複数の出口管によ
   って少なくとも１つの群の前記分解反応器の上部出口に
   接続されており、前記出口管のそれぞれの内側が前記分
   解反応器のうちの１つの内管の内側に接続されている、
   少なくとも１つの収集器（ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ）、 を含んでなる、炭化水素分解装置。 ２、前記出口管が前記内管に垂直に整合する、特許請求
   の範囲第１項記載の装置。 ３、前記入口管が前記外管の外辺に接線方向に沿って取
   付けられる、特許請求の範囲第１項又は第２項記載の装
   置。 ４、前記外管と前記内管との間の前記隙間に横断ブレー
   ド（ｔｒａｎｓｖｅｒｓａｌ　ｂｌａｄｅｓ）を配置す
   る、特許請求の範囲第１項から第３項までのいずれか１
   項に記載の装置。 ５、前記横断ブレードをら旋状に配置する、特許請求の
   範囲第４項記載の装置。 ６、前記入口管のうちの一部に絞り手段を設ける、特許
   請求の範囲第１項から第５項までのいずれか１項に記載
   の装置。 ７、前記入口管のうちの一部に絞り弁を設ける、特許請
   求の範囲第６項記載の装置。 ８、前記入口管のうちの一部のものの内径を小さくする
   、特許請求の範囲第６項記載の装置。