JPH02245235A - 熱分解ガス冷却のための熱交換方法および熱交換器 - 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、特性（性状）の異なる炭化水素の熱分解ガス
を冷却するための熱交換方法および熱交換、器に関する
ものである。

〔従来の技術］ エチレン、プロピレン等のオレフィンは、Ｌ７ＰＧ、ナ
フサ、エタン、ケロシン（灯油）、ガスオイル（軽油）
等、種々の炭化水素原料を短い反応時間に非常な高温下
におき、低い圧力、低い分圧下で熱分解し、これを冷却
熱交換器にて急速に冷却することにより生成する。

従来、このオレフィン生成の原料としては、経済性に見
合った原料が顧客により選定され、定まった原料あるい
は最も使用頻度の高い原料をヘスとして、装置の設計が
なされるのが通常であり、特性の異なる原料に対して冷
却熱交換器の対応は、後述の通りである。

昨今、原料事情の長期的予測が、国内外の事情により流
動的かつ不透明な模様であり、顧客の対応ニーズとして
軽質原料（ナフサ、エタン等）から重質原料（ケロシン
、ガスオイル等）まで、あるいは軽質、重質両原料共用
の熱分解、急速冷却装置の要求が高まっている０本発明
は、熱分解ガスの冷却熱交換方法および熱交換器に係わ
るものであるが、従来技術では、特性の異なる原料から
の分解ガスを単独共通の冷却熱交換器にて急速冷却する
には、プロセス上の不都合を有していた。

即ち、比較的軽質の原料では、分解ガス中の高沸点成分
含有量が少なく　、７０ｋｇ／ｃ−Ｇ　−１４０誌／（
−Ｇの高圧飽和水による間接冷却では、７ηれの進行は
比較的緩やかで、適切なる圧力、圧用下での冷却は成る
程変伝熱面積の余裕を有する方が、運転上有利である。

一方、重質の原料油では、分解ガス中の高沸点成分の含
有量が多いため、冷却媒体である７０ｋｇ／ｃ４Ｇ〜１
４０ｋｇ／ｃｄＧの高圧飽和水による間接冷却では、汚
れの進行速度を抑えるために伝熱面積を制限し、冷却熱
交換器の出口ガス温度をある温度以上にあげて運転する
必要がある。従って相反する熱交換性能を要求される単
独共用冷却熱交換器を実現することは、困難であるとみ
なされていた。

従来の熱分解ガス冷却のための熱交換器としては、第６
図に示すように、シェル１の一端部に高圧飽和水入口２
を、シェル１の他端部に水蒸気出口３を有し、一端部の
シェルカバー４に熱分解ガス人口５を、他端部のシェル
カバー６に熱分解ガス出ロアを有し、他端部の管板８と
一端部の管板１０との間に、熱分解ガスを流通させるた
めの多数の伝熱管１１を配列して形成した熱交換器９が
知られている（たとえば、特公昭４２−８２５５号公報
、特公昭４５−３２１１５号公報、特公昭４５−１４９
５６号公報参照）。本発明は第６図において、−点鎖線
で囲んだ部分を対象とするものである。

第７図は、第６図に示す熱交換器９、水蒸気ドラム１２
、降水管１３、上昇管１４等から構成される自然循環式
ボイラを示している。１５はベントラインである。

前述のように、原料事情の先行き不透明であることより
、軽質原料と重質原料両方の原料に対応出来るように冷
却用熱交換器を設置する必要のあることは、従来よりの
要求事項であったが、適切なる装置の存在しないことに
より、次のような方法が採用されていた。

（１）　　軽質、重質原料それぞれの熱分解ガス冷却に
必要な交換熱量を満足する伝熱管レイアウトを設定し、
いずれか支配的とみなせる伝熱管レイアウトを基に冷却
用熱交換器を兼用として採用する方法０例えば軽質原料
の場合、伝熱管の清浄時に３６０°Ｃまでの熱分解ガス
冷却を求められ、重質原料の場合、５００°Ｃまでの熱
分解ガス、冷却を求められるとする。

一般には軽質原料を取り扱う場合が支配的となるため、
軽質原料を基に設計された冷却熱交換器を共用すること
になる。この場合、重質原料を取り扱う熱分解ガス冷却
は、一般に５００℃の要求値より大幅に過冷却されるこ
ととなる。

（２）　　軽質原料、重質原料名々を同一の熱分解炉に
て熱分解させるため、両ケースの要求条件を比較し、や
むなく妥協し得る設計点を設定し、この妥協点を設計点
として冷却熱交換器を設計する方法、この場合、軽質原
料の冷却熱交換器出口温度が適正温度である３６０℃近
傍温度より、例えば３９０°Ｃ〜４２０℃程度まで譲歩
することになるため、水蒸気回収としての廃熱回収上不
利となるばかりか、運転上の終点温度あるいは終点圧力
に至るまでの運転可能時間が減少する不都合点がある。

（３）　　冷却熱交換器を２段冷却に区分し、１段目の
冷却熱交換器を、重質原料の沸点温度を考慮した所定の
伝熱面積を有する冷却熱交換器とし、重質原料の熱分解
ガスは、１段目の冷却熱交換器の下流と、２段目の冷却
熱交換器の上流との間に設けられたバイパスラインを通
じてクエンチオイルによる直接接触冷却装置に導かれる
構造を採る。

軽質原料の場合には、２段目冷却熱交換器で所定の温度
まで冷却され、クエンチオイルによる直接接触冷却装置
に導かれる。従ってこの場合は、軽質原料、重質原料共
々各々の条件を満足し得る冷却熱交換器の設計が可能で
あるが、原料の分解収率に対する影響因子である圧力を
置火が比較的大きいことと、冷却熱交換装置の配置が上
記の（１）および０）に比較して複雑となる難点がある
。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の熱分解ガス冷却のための熱交換方法および熱交換
器は、上述の如（であるが、いずれの場合も、性質（性
状）の異なる炭化水素原料を熱分解し、この熱分解ガス
を冷却するための共用の冷却熱交換器としては、解決す
べき課題を抱えている。

即ち、（１）の方法の場合は、重質原料の分解ガスが過
冷却されると、一般に軽質油の熱分解ガスより多く含有
している沸点の比較的高い重質成分が凝縮し、伝熱面の
汚れを急激に進行せしめ、管内流路を閉塞したり、圧力
損失を２、に増大化する等の運転上好ましくない現象が
予想させる。

また、（２）の方法の場合は、特に軽質原料の熱分解ガ
スよりの熱回収量が減少するばかりでなく、連続運転時
間が減少するため、オレフィン生産量にとっても不利と
なり、又保守上の費用が増す傾向にある。

さらに、（３）の方法の場合は、エチレン、プロピレン
等のオレフィンの分解収率は熱分解中のガス圧が重要な
因子のひとつであるため、極力低圧力、低圧損が指向さ
れる傾向にあり、特に軽質分解の場合には、２段冷却方
式を採ることによる圧力損失の大きいことが問題であり
、また、２段冷却方法を採用することによる冷却系とし
ての自然循環ボイラの構造が複雑化し、従来の方法（１
）、（２）に比較して投資コストが大きい。

本発明は上記の諸点に迄みなされたもので、同一冷却熱
交換器において、上記の相反する熱交換性能を実現させ
ることができる熱分解ガス冷却のための熱交換方法およ
び熱交換器を提供することを目的とするものである。

Ｃ課題を解決するための手段〕 上記の目的を達成するために、本発明の熱分解ガス冷却
のための熱交換方法は、熱分解ガスを多数の伝熱管内に
流通させ、高圧飽和水と間接的に接触させて、熱分解ガ
スを冷却するとともに、高圧水蒸気を発生させる熱分解
ガス冷却のための熱交換方法において、 軽質の原料油を熱分解して得た熱分解ガスを冷却する場
合は、多数の伝熱管の全部を使用し、重質の原料油を熱
分解して得た熱分解ガスを冷却する場合は、多数の伝熱
管の熱分解ガス出口側の一部を熱分解ガスが流通しない
状態にし、この熱分解ガスが流通しない状態の伝熱管群
に、熱分解ガスの出口側から入口側に向けて水蒸気を流
通させるようにする。

本発明の熱分解ガス冷却のための熱交換器は、第１図に
示すように、シェル１の一端部に高圧飽和水入口２を、
シェル１の他端部に水蒸気出口３を存し、一端部のシェ
ルカバーに熱分解ガス入口５を、他端部のシェルカバー
に熱分解ガス出ロアを有し、他端部の管ｊＪｉ８と一端
部の管板１０との間に熱分解ガスを流通させるための多
数の伝熱管１１を配列して形成した熱分解ガス冷却のた
めの熱交換器あるいは二重前管束等を用いた類似の熱交
換器において、 他端部の管板８と熱分解ガス出ロアとの間に熱分解ガス
出口室２０を取付・取外自在に設け、この熱分解ガス出
口室内に、他端部の管板８の周辺部の伝熱管を仕切って
独立の小室２１を形成するための仕切壁２２を取付・取
外自在に設け、この小室２１に水蒸気供給管２３を接続
して構成したものである。

また、第２図および第３図に示すように、他端部の管板
８と熱分解ガス出ロアとの間に熱分解ガス出口室３０を
設け、この熱分解ガス出口室内に、他端部の管板８の周
辺部の伝熱管を仕切るための第１仕切壁３１を設けると
ともに、これらの周辺部の伝熱管の熱分解ガス出口寄り
のシェルカバーに第２仕切壁３２を設け、この第２仕切
壁３２と前記第１仕切壁３１との間を開閉して閉とした
ときに小室３５を形成するためのスライド可能な第３仕
切壁３３を設け、一方、熱分解ガス出口室３０に駆動軸
３６を摺動させるための駆動装置３７を設置し、この駆
動軸に前記スライド可能な第３仕切壁３３を連結し、さ
らに、前記小室３５に水蒸気供給管２３を接続して構成
する場合もある。

また、第１仕切壁、第２仕切壁および第３仕切壁を一体
に形成し、この一体形成仕切壁を駆動軸３６に連結する
ように構成する場合もある。

さらに、第４図および第５図示すように、第１仕切壁、
第２仕切壁および第３仕切壁を設ける代りに、他端部の
管板８の周辺部の伝熱管内に挿入して閉塞させるための
、先端にノズル４０を有する多数の水蒸気供給用細管４
１を駆動軸３６に取り付けて構成する場合もある。

〔作　　　用〕

ナフサ、エタン等の軽質の原料油を熱分解して得た熱分
解ガスを冷却する場合は、全部の伝熱管に熱分解ガスを
流通させ、高圧飽和水と間接的に接触させて冷却熱交換
を行う。

ケロシン、ガスオイル等の重質の原料油を熱分解して得
た熱分解ガスを冷却する場合は、多数の伝熱管の熱分解
ガス出口側の一部（全伝熱管の２０〜７０％）を、仕切
板で仕切るか、または水蒸気供給用細管を密に挿入する
ことにより、熱分解ガスが流通しない状態にし、この熱
分解ガスが流通しない状態の伝熱管群に、熱分解ガスの
出口側から入口側に向けて水蒸気を流通させて、この伝
熱管群に熱分解ガスが流入しないようにする。このため
、伝熱管群内にカーボンが析出するのを防止する４とが
できる。

熱分解ガス入口へ供給される熱分解ガス中には、（水蒸
気／油’）　＝０．３〜０．８程度の水茎気が予め混入
されているので、熱分解ガスが流通しない状態の伝熱管
群を流通した少量の水蒸気が、熱分解ガス中に混入して
も悪影響を与えることはない。しかし、この水蒸気は、
熱分解ガスとの温度差ができるだけ小さいことが望まし
く、このため、過熱水蒸気を用いることが好ましい。

〔実　施　例〕

以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を詳細に説
明する。ただしこの実施例に記載されている構成機器の
形状、その相対配置などは、とくに特定的な記載がない
限りは、本発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のも
のではなく、単なる説明例にすぎない。

実施例１ 本例の熱交換器は、第１図に示すように、従来の熱交換
器９（第６図参照）における他端部の管板８と、熱分解
ガス出ロアとの間に熱分解ガス出口室２０を取付・取外
自在に設け、この熱分解ガス出口室２０内に、他端部の
管板８の周辺部の伝熱管１１を仕切って独立の小室２１
を形成するための仕切壁２２を取付・取外自在に設け、
この小室２１に水蒸気供給管２３を接続したものである
。

２４は水蒸気数本れノズル、２５は管寄、２６は元パル
プ、２７はオリフィス、２８はボルト、２９はナツトで
ある。

重質原料分解ガスを冷却する場合は、第１図に示すよう
に、仕切壁２２を取り付けた状態で、小室２１内に水蒸
気を供給し、周辺部の伝熱管内を上方から下方に向けて
水蒸気を流通させる。

一方、軽質原料分解ガスを冷却する場合は、熱分解ガス
出口室２０をボルト２８、ナツト２９の締結を解除する
ことにより取り外して、内部の仕切壁２２を取り外した
後、再び熱分解ガス出口室２０を熱交換器にボルト２８
、ナツト２９により取り付け、全伝熱管を使用して熱分
解ガスの冷却を行う、なお、この間は、プラントの運転
を停止しなければならない。

実施例２ 本例の熱交換器は、第２図および第３図に示すように、
従来の熱交換器９（第６図参照）における他端部の管板
８と、熱分解ガス出ロアとの間に熱分解ガス出口室３０
を設け、この熱分解ガス出口室３０内に、他端部の管板
８の周辺部の伝熱管１１を仕切るための第１仕切壁３１
を設けるとともに、これらの周辺部の伝熱管１の熱分解
ガス出口寄りのシェルカバー３４に第２仕切壁３２を設
け、この第２仕切壁３２と第１仕切壁３１との間を開閉
して閉としたときに小室３５を形成するためのスライド
可能な第３仕切壁３３を設け、一方、熱分解ガス出口室
３０に駆動軸３６を摺動させるための駆動装置３７を設
置し、この駆動軸に前記スライド可能な第３仕切壁３３
を連結し、さらに、小室３５に水蒸気供給管２３を接続
したものである。３８はハンドル、３９は取付用リブで
ある。

仕切壁３１．３２．３３はいずれも環杖に形成され、第
１仕切壁３１の上端は内方に湾曲した傾斜部３１ａが形
成されている。

全伝熱管を使用して熱分解ガスの冷却を行う場合、即ち
軽質原料分解ガスの冷却時には、第３図に示すように、
スライド可能な第３仕切壁３３は開の状態に位置する。

一方、重質原料分解ガスの冷却時には、第２図に示すよ
うに、第３仕切壁３３は閉の状態に位置し、第１仕切壁
３１、第２仕切壁３２および第３仕切壁３３により、熱
分解ガス出口室３０の外周部に、独立した小室３５が形
成される。この状態で小室３５内に水蒸気を供給し、周
辺部の伝熱管内を上方から下方に向けて水蒸気を流通さ
せる。

重質原料分解ガス冷却の場合には、小室３５内に、ある
適量の水蒸気を充満セしめ、水蒸気は小室３５内に配列
された伝熱管内を通り下降し、重質原料分解ガスの管内
への流入を阻止する。

駆動軸３６は熱分解ガス出口室３０の外部に設置された
空圧シリンダ、空圧ダイヤフラム、油圧シリンダ、油圧
ダイヤプラム等の駆動装置３７により、手動または自動
により駆動軸３６を必要な所定位置に駆動する。なお、
駆動装置をシェルカバー３４の側部に設置しても差し支
えない。

実施例３ 本例の熱交換器は、実施例２の熱交換器において、第１
仕切壁３１、第２仕切壁３２および第３仕切壁３３を一
体に形成し、この一体形成仕切壁を駆動軸３６に連結し
たものである。他の構成は、実施例２の場合と同様であ
る。

実施例４ 本例の熱交換器は、第４図および第５図に示すように、
実施例２または実施例３の熱交換器において、第１仕切
壁３１、第２仕切壁３２および第３仕切壁３３を設ける
代りに、他端部の管板８の周辺部の伝熱管１１内に挿入
して閉塞させるための、先端にノズル４０を有する多数
の水蒸気供給用細管４１を駆動軸３６に取り付けたもの
である。

４２は管寄、４３は取付用リプ、４４はフレキシブルホ
ースである。

軽質原料分解ガスの冷却時には、第５図に示すよう、に
、駆動軸３６を上方に移動させて、全伝熱管を使用して
熱分解ガスの冷却を行う。

一方、重質原料分解ガスの冷却時には、第４図に示すよ
うに、駆動軸３６を下方に移動させ、水蒸気供給用細管
４１を熱分解ガス出口室３０の周辺部の伝熱管１１内に
挿入・閉塞し、ノズル４０から水蒸気を供給することに
より、伝熱管内を上方から下方に向けて流通させる。

上記の実施例１〜４においては、縦型の熱交換器の場合
について説明したが、横型の熱交換器とすることも勿論
可能である。

〔発明の効果〕

本発明は上記のように構成されているので、つぎのよう
な効果を奏する。

（１）性質（性状）の相異なる炭化水素原料を、時を異
にして交互にあるいは定期的、非定期的に同一分解炉に
供給して熱分解ガスを生成させる場合、各々の熱分解ガ
スの成分、性状によって要求される異なった冷却要求性
能を、同一冷却熱交換器にて実現させることができる。

（２）軽質原料の熱分解ガス冷却では、ガス側汚れの主
要因となる熱分解ガス中の高沸点ガス成分が少ないため
、比較的汚れの成長は鈍い。従って炭化水素の圧力、分
圧を低くすると共に、冷却熱交換器の伝熱面積に余裕を
もたせることは、連続運転時間を引き延ばすことに効果
を有する０本発明により、個々の異なった分解炭化水素
原料の運転特性を考慮した伝熱面積のアレンジが可能と
なる。

（３）冷却熱交換器の熱分解ガス出口室周囲に設けられ
た水蒸気供給管より均等に水蒸気を小室または水蒸気供
給用細管に吹き込み、周辺部に位置する伝熱管内部を水
蒸気で充満せしめ、分解ガスの流入を防ぐと共に熱分解
ガス冷却の機能を限定的に阻止する。このため、周辺部
の伝熱管内部への熱分解ガスの流入、およびこれに伴っ
て予想される高沸点重質分の壁面凝縮固着を防止するこ
とができる。

（４）　　請求項３．４および５においては、冷却熱交
換器出口の小室の定位置への設定、または水蒸気供給用
細管の移動は、自動あるいは手動にて可能であり、プラ
ントの運転を停止することなく切り換えが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の熱分解ガス冷却のための熱交換器の一
実施例を示す縦断面説明図、第２図および第３図は本発
明の熱交換器の他の実施例を示す縦断面説明図で、第２
図は小室が閉の状態を示し、第３図は小室が開の状態を
示している。第４図および第５図は本発明の熱交換器の
さらに他の実施例を示す縦断面説明図で、第４図は周辺
部の伝熱管を閉とした状態を示し、第５図は周辺部の伝
熱管を開とした状態を示している。第６図は従来の熱分
解ガス冷却のための熱交換器の一例を示す縦断面説明図
、第７図は第６図に示す熱交換器まわりを示す縦断面説
明図である。 １・・・シェル、２・・・高圧飽和水人口、３・・・水
蒸気出口、４・・・シェルカバー、５・・・熱分解ガス
入口、６・・・シェルカバー、７・・・熱分解ガス出口
、８・・・管板、？・・・熱交換器、１０・・・管板、
１１・・・伝熱管、１２・・・水蒸気ドラム、１３・・
・降水管、１４・・・上昇管、１５・・・ベントライン
、２０．３０・・・熱分解ガス出口室、２１．３５・・
・小室、２２・・・仕切壁、２３・・・水蒸気供給管、
２４・・・水蒸気取入れノズル、２５・・・管寄、２６
・・・元バルブ　２７・・・オリフィス、２８・・・ボ
ルト、２９・・・す７ト、３１・・・第１仕切壁、３１
ａ・・・（頃斜部、３２・・・第２仕切壁、３３・・・
第３仕９壁、３４・・・シェルカバー、３６・・・駆動
軸、３７・・・駆動装置、３８・・・ハンドノヒ、３９
．４３・・・取付用リブ、４０・・・ノズル、４１・・
・水蒸気供給用細管、４２・・・管寄、４４・・・フレ
キシブルホース手続補正書 平成１年 ４月２７日 １゜ ２゜ ３゜ 事件の表示 平成１年　特許願　第６，１２９６　　号発明の名称 熱分解ガス冷却のための熱交換方法および熱交換器補正
をする者 事件との関係　特許出願人 名称　（０９７）川崎重工業株式会社 ４゜

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　熱分解ガスを多数の伝熱管内に流通させ、高圧飽和
   水と間接的に接触させて、熱分解ガスを冷却するととも
   に、高圧水蒸気を発生させる熱分解ガス冷却のための熱
   交換方法において、軽質の原料油を熱分解して得た熱分
   解ガスを冷却する場合は、多数の伝熱管の全部を使用し
   、重質の原料油を熱分解して得た熱分解ガスを冷却する
   場合は、多数の伝熱管の熱分解ガス出口側の一部を熱分
   解ガスが流通しない状態にし、この熱分解ガスが流通し
   ない状態の伝熱管群に、熱分解ガスの出口側から入口側
   に向けて水蒸気を流通させることを特徴とする熱分解ガ
   ス冷却のための熱交換方法。 ２　シェル（１）の一端部に高圧飽和水入口（２）を、
   シェル（１）の他端部に水蒸気出口（３）を有し、一端
   部のシェルカバーに熱分解ガス入口（５）を、他端部の
   シェルカバーに熱分解ガス出口（７）を有し、他端部の
   管板（８）と一端部の管板（１０）との間に熱分解ガス
   を流通させるための多数の伝熱管（１１）を配列して形
   成した熱分解ガス冷却のための熱交換器あるいは二重管
   管束等を用いた類似の熱交換器において、 他端部の管板（８）と熱分解ガス出口（７）との間に熱
   分解ガス出口室（２０）を取付・取外自在に設け、この
   熱分解ガス出口室内に、他端部の管板（８）の周辺部の
   伝熱管を仕切って独立の小室（２１）を形成するための
   仕切壁（２２）を取付・取外自在に設け、この小室（２
   １）に水蒸気供給管（２３）を接続したことを特徴とす
   る熱分解ガス冷却のための熱交換器。 ３　シェル（１）の一端部に高圧飽和水入口（２）を、
   シェル（１）の他端部に水蒸気出口（３）を有し、一端
   部のシェルカバーに熱分解ガス入口（５）を、他端部の
   シェルカバーに熱分解ガス出口（７）を有し、他端部の
   管板（８）と一端部の管板（１０）との間に熱分解ガス
   を流通させるための多数の伝熱管（１１）を配列して形
   成した熱分解ガス冷却のための熱交換器あるいは二重管
   管束等を用いた類似の熱交換器において、 他端部の管板（８）と熱分解ガス出口（７）との間に熱
   分解ガス出口室（３０）を設け、この熱分解ガス出口室
   内に、他端部の管板（８）の周辺部の伝熱管を仕切るた
   めの第１仕切壁（３１）を設けるとともに、これらの周
   辺部の伝熱管の熱分解ガス出口寄りのシェルカバーに第
   ２仕切壁（３２）を設け、この第２仕切壁（３２）と前
   記第１仕切壁（３１）との間を開閉して閉としたときに
   小室（３５）を形成するためのスライド可能な第３仕切
   壁（３３）を設け、一方、熱分解ガス出口室（３０）に
   駆動軸（３６）を摺動させるための駆動装置（３７）を
   設置し、この駆動軸に前記スライド可能な第３仕切壁（
   ３３）を連結し、さらに、前記小室（３５）に水蒸気供
   給管（２３）を接続したことを特徴とする熱分解ガス冷
   却のための熱交換器。 ４　第１仕切壁、第２仕切壁および第３仕切壁を一体に
   形成し、この一体形成仕切壁を駆動軸（３６）に連結し
   たことを特徴とする請求項３記載の熱分解ガス冷却のた
   めの熱交換器。 ５　第１仕切壁、第２仕切壁および第３仕切壁を設ける
   代りに、他端部の管板（８）の周辺部の伝熱管内に挿入
   して閉塞させるための、先端にノズル（４０）を有する
   多数の水蒸気供給用細管（４１）を駆動軸（３６）に取
   り付けたことを特徴とする請求項３または４記載の熱分
   解ガス冷却のための熱交換器。