JPH0359091A - 炭化水素の熱分解装置 - 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〕 本発明は炭化水素の熱分解装置に係り、特にコンパクト
な構造で熱効率の高い炭化水素の熱分解装置に関する。

〔従来の技術〕

炭化水素の熱分解炉は、ナフサ、エタン等の原料炭化水
素より、エチレン、プロピレン等のオレフィン系の炭化
水素を生成させる熱分解装置である。ここで、従来の炭
化水素の熱分解装置について、第３図を用いて説明する
６図において、ナフサなどの炭化水素の原料および希釈
スチームは、原料予熱器１５およびスチーム予熱器１６
により、それぞれ所定の温度に予熱された後、混合され
て、さらに原料予熱器１７により、ラジアントコイル１
８の入口温度にまで予熱される。原料予熱器１７で予熱
された原料は、ラジアントコイル１８に導入され、ラジ
アントコイル１８の周囲は、ラジアントボックス１９に
おいて燃焼される燃料と空気の燃焼熱によって高温に加
熱されて熱分解反応を超こし、エチレン、プロピレン等
を含むオレフィン系の炭化水素に改質された分解ガスが
生成される。生成した分解ガスは、熱によりさらに過分
解を起こすため、分解ガスは高温配管２０を通って急冷
式熱交換器（クエンチャ−）２１によって冷却される。

そして、高温の分解ガスが保有していた顕熱は、急冷式
熱交換器２工で、ボイラ水と熱交換され、スチームとし
て熱回収される。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述したごとく、従来技術においては、下記の点につい
ての配慮が全くなされておらず、炭化水素の熱分解装置
が大型化の傾向にあって、熱効率が極めて悪いという問
題があった。

（１）熱分解装置のコンパクト化 従来の熱分解装置の加熱は、ラジアントボックスによっ
て行われ、炭化水素の熱分解を行う反応室への伝熱は、
主として輻射伝熱であり、この輻射伝熱の効率を上げる
ためには、大型のラジアントボックスが必要となる。ま
た、原料予熱器等への対流伝熱部も必要であって、その
ため熱分解装置が大型化する。

（２）熱効率の向上 従来の炭化水素の熱分解システムは、輻射部（ラジアン
トボックス）、対流伝熱部（原料予熱器等）、高温配管
、冷却部〔急冷式熱交換器（クエンチャ−）〕等が個別
に独立して設けられているため、ヒートロスが大きく、
したがって熱分解装置全体としての熱効率の向上には限
界があった。

本発明の目的は、上記従来技術における問題点を解消し
、炭化水素の熱分解装置の構造が極めてコンパクトで、
熱効率の高い高性能の炭化水素の熱分解装置を提供する
ことにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記本発明の目的を達成するため、本発明の炭化水素の
熱分解装置においては、それぞれの機能を有する機器の
中心軸近傍をほぼ同一として、上記の各機器を多重式に
配置してＩ或した炭化水素の熱分解装置であって、その
中心部には熱分解させる反応室に反応熱を供給する加熱
室を設け、該加熱室の外周部に密接（熱交換可能）させ
て、炭化水素の原料を導入して熱分解反応を行わせる反
応室を設け、さらに上記反応室の外周部に密接させて、
生成した高温の分解ガスを急冷する冷却室を設けた構造
とするものである。

本発明の炭化水素の熱分解装置の具体的構成は、例えば
、中心部に燃焼触媒を充填した触媒燃焼式の加熱室を設
けて、該加熱室の外周壁の内面に沿って高温の燃焼ガス
が流れる燃焼ガス流路を構成し、この燃焼ガス流路の外
周部に密接して、炭化水素の熱分解を行わせる反応室を
設け、かつ上記反応室には断熱作用のある隔壁部材によ
って、上記反応室内を流れるガス流路を分ける隔壁を設
番プて、該隔壁によって構成されるガス流路の上記加熱
室の外周部と接する側には、例えば、ナフサ。

エタン等の炭化水素と希釈スチームなどとの混合ガスか
らなる原料ガスを流して熱分解反応を行わしめるガス流
路を構成し、他方、上記反応室の外周部に設けられてい
る冷却室に接する側の上記隔壁によって構成されるガス
流路には、例えば、エチレン、プロピレン等に分解し生
成された高温の分解ガスを流して急速冷却を行い、さら
に上記冷却室には１例えばボイラ水を貯蔵する構造にし
た水蒸気の蒸発室を設けた構成の炭化水素の熱分解装置
である。

〔作用〕

本発明の炭化水素の熱分解装置は、中心部に熱分解反応
室に反応熱を供給する加熱室を設け、順次、熱分解反応
室１分解ガスの冷却室を、それぞれ熱交換可能な構造に
配置構成した多重式の熱分解装置としているので、従来
技術における炭化水素の熱分解システムに必要とされる
機器、すなわち、原料予熱器、ラジアントボックス、ラ
ジアントコイル、クエンチャ−等が一体化され、また高
温配管が省略されるため、本発明の炭化水素の熱分解装
置は、極めてコンパクト化された構造になる。そして、
熱分解装置の中心部に熱分解反応熱を供給する高温の加
熱室が配置され、外周部に至るにつれ、より低温の流体
を処理する構造としているので、ヒートロスが極めて少
なく、熱分解装置の熱効率が一段と向上し、優れた性能
を持つ炭化水素の熱分解装置が得られる。

〔実施例〕

以下に、本発明の一実施例を挙げ、図面に基づいて、さ
らに詳細に説明する。

第１図は本発明による炭化水素の熱分解装置の構造の一
例を示す断面図である。

図に示すごとく、本実施例において例示する熱分解装置
は、中心軸を同一とする多重管式のものであり、中心部
には燃焼管２が設けられており、その上端部には燃焼触
媒３が充填されている。燃焼管２の外周側には、その先
端を閉鎖した構造の反応管４が設置されている。燃料と
空気は、燃焼管２の下部にある燃料と空気の入口ノズル
１より供給され、上昇して燃焼触媒３によって燃焼し、
反応管４と燃焼管２の間を下降し、反応管４に熱を与え
た後は、燃焼ガス出口ノズル５より装置外へ排出される
。

炭化水素と希釈スチームよりなる原料は、原料入口ノズ
ル６より導入され１反応管４と隔壁管７の間を上昇し、
高温の燃焼ガスより熱を受けて分解反応を起こす。

隔壁管７の外側には先端が閉鎖された冷却管９が設置さ
れており、高温の分解ガスは冷却管９と反応管４の間を
下降し、冷却管９の外側に貯蔵されているボイラ水によ
って急速に冷却される。また、一部の顕熱は、原料ガス
の予熱に利用される。

反応管４の外側には、冷却管９が設置され、分解ガスの
顕然の原料予熱器をコントロールすることもできる。

冷却管９の外側は、ボイラ水を貯蔵したシェル１１とな
っており、冷却管９を通じて分解ガスより得た顕熱によ
ってスチームが発生される。

ここで、本実施例における炭化水素の熱分解装置の作用
について詳細に説明する。

（１）燃焼管２に供給された燃料と空気は、燃焼触媒３
により高温の燃焼ガスとなる。

（２）上記（１）で発生した高温の燃焼ガスは、反応管
４先端部で反転し１反応管４内を下降し。

顕熱の一部が燃料と空気の予熱に用いられ、残りは原料
ガスの昇温および分解反応に供される。

（３）原料ガスは隔壁管７と反応管４との間を上昇し、
反応熱を反応管４を通して燃焼ガスより受ける。

炭化水素の分解反応の決定因子は、反応管４のヒートフ
ラックスと滞留時間であるが、これは反応管４、隔壁管
７の寸法により設定できる。

（４）分解反応を終了した分解ガスは、隔壁管７と冷却
管９との間を下降し、冷却管９を通して伝熱が行われ急
冷される。

分解を終えて生成した分解ガスを、長時間高温に保持す
ると、分解ガスは過分解を起こし、必要とするエチレン
、プロピレン等の収量の低下を招くため、隔壁管７の外
側に断熱スリーブ８を設置し、高温の分解ガスの急冷を
促進させる。

本実施例において例示した熱分解装置内の温度分布の代
表的な一例を第２図に示す。

〔発明の効果〕

以上詳細に説明したごとく、本発明の炭化水素の熱分解
装置は以下に示す優れた効果を有するものである。

（１）本発明の熱分解装置は、従来技術におけるラジア
ントボックス、ラジアントコイル、原料予熱器、クエン
チャ−を一体化した構造とすることができ、熱分解装置
のコンパクト化が可能となる。

（２）熱分解反応室に反応熱を供給する温度の最も高い
加熱室を中心部におき、その外周部に反応室、冷却室と
順次低温の機器を配置する構造であるため、著しくヒー
トロスを低減することができ、熱分解装置の熱効率を一
段と向上させることができる。

（３）加熱室と反応室が密接して熱交換される構造であ
るため、熱分解装置の負荷変化に対する応答性が極めて
良好である。

【図面の簡単な説明】

第１ＷＩは本発明の実施例において例示した触媒燃焼式
炭化水素の熱分解装置の構造を示す断面図、第２図は第
１図に示した熱分解装置内の温度分布を示す説明図、第
３図は従来の炭化水素の熱分解装置の構造の一例を示す
模式図である。 １・・・燃料と空気の入口ノズル ２・・・燃焼管　　　　　　３・・・燃焼触媒４・・・
反応管 ５・・・燃焼ガス出口ノズル ６・・・原料入口ノズル　　７・・・隔壁管８・・・断
熱スリーブ　　　９・・・冷却管１０・・・分解ガス出
口ノズル １１・・・シェル　　　　　１２・・・上昇管ノズル１
３・・・降水管ノズル　　１４・・・断熱材１５・・・
原料予熱器（低温） １６・・・スチーム予熱器 １７・・・原料予熱器（高温） １８・・・ラジアントコイル １９・・・ラジアントボックス ２０・・・高温配管 ２１・・・急冷式熱交換器（クエンチャ−）２２・・・
スチームドラム

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、炭化水素の熱分解装置を構成するそれぞれの機能を
   持つ機器の中心軸近傍をほぼ同一として、上記各機器を
   多重式に配置構成した熱分解装置であって、該熱分解装
   置の中心部には、炭化水素を熱分解させる反応室に反応
   熱を供給する加熱室を設け、該加熱室の外周部には、炭
   化水素の原料を導入して熱分解反応を行わせる反応室を
   、上記加熱室と熱交換可能に密接させて設け、さらに該
   反応室の外周部には、生成した高温の分解ガスを急冷す
   る冷却室を、上記反応室と熱交換可能に密接させて設け
   た構造とすることを特徴とする炭化水素の熱分解装置。 ２、炭化水素の熱分解装置を構成するそれぞれの機能を
   持つ機器の中心軸近傍をほぼ同一として、上記各機器を
   多重式に配置構成した熱分解装置であって、該熱分解装
   置の中心部には、炭化水素を熱分解させる反応室に反応
   熱を供給する触媒燃焼式加熱室を設け、該加熱室には加
   熱室の外周壁の内面に沿って高温の燃焼ガスが流れる燃
   焼ガス流路を構成して、該高温の燃焼ガス流路側に、熱
   交換可能に密接させて炭化水素を熱分解させる反応室を
   設け、該反応室には、断熱作用のある隔壁部材によって
   、上記反応室内を流れるガス流路を分ける隔壁を設けて
   、該隔壁によって構成されるガス流路の加熱室の外周部
   と接する側は、炭化水素の原料を流して熱分解反応を行
   わしめるガス流路となし、他方、上記反応室の外周部に
   設けられている冷却室に接する側の上記隔壁によって構
   成されるガス流路には、生成した高温の分解ガスを流し
   て急速冷却が行える構造としたことを特徴とする炭化水
   素の熱分解装置。 ３、請求の範囲第１項または第２項記載の炭化水素の熱
   分解装置において、分解ガスを急冷する冷却器は、ボイ
   ラ水を貯蔵する構造の蒸気発生室を有することを特徴と
   する炭化水素の熱分解装置。