JPS585225B2 - コ−クス粒子の加熱方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は反応塔と加熱塔の二つの流動床間にコークス粒
子を循環し、加熱塔において燃料および必要に応じコー
クス粒子の一部を燃焼することによりコークス粒子を加
熱するとともに、反応塔において該コークス粒子を熱媒
体として原油又はその蒸留残渣油等の重質油を熱分解す
ることによりエチレン、プロピレン等のオレフィン類を
製造スる方法（以下、コークス熱媒体法という。

）において、用途の限られた熱分解による副生液状生成
物の蒸留残渣（以下、副生残渣という。

）をコークス粒子の加熱用熱源として利用するとともに
、用途が広く利用の容易な低カロリーガスに転化する方
法に関する。

石油留分を熱分解してエチレン、プロピレン等のオレフ
ィン類を製造する場合には、パラフィン系炭化水素の多
い軽質留分はど原料油として適しているが、原油からの
軽質留分の得率は少なく高価であるため、より低床で将
来も安定供給確保が容易な原油又はその蒸留残渣油等の
重質油をオレフィン類の原料として用いることは大きな
意義のあることである。

原油又はその蒸留残渣のような重質油を高いエチレン収
率を得るような条件下で熱分解すると、表−１に例示し
た如く、液状生成物が多量に生成する。

液状生成物は蒸留により、副生軽質油（留出油、と蒸留
残渣に分けることができ、また必要によっては副生軽質
油、中間留出油および蒸留残渣の３留分に分けることも
できる。

副生軽質油はベンゼン、トルエン、キシレン等を多量に
含む炭化水素油で、ベンゼン、トルエンキシレン等の原
料として有用である。

蒸留残渣、すなわち副生残渣は上記のいずれの場合でも
、一般に硫黄含有率が高く、また軟化点の高いピッチ様
物質であり、用途は限られている。

副生残渣も近年、高炉用コークスの粘結剤として利用す
る用途が開発されているが、広く利用されているとは云
えない。

またボイラー等の燃料としての使用も直留の石油留分と
の相溶性がなく硫黄分も多いため、通常のボイラーで使
用することは困難であり、特殊な副生残渣専焼ボイラー
を考案しなければならない。

一般に重質油を熱分解すると、多量のコークスが生成し
て管壁面に付着し伝熱を妨げるため、軽質留分の熱分解
に用いられる管式熱分解炉では、運転を続けることが出
来ないが、流動床方式の熱分解装置を用いれば生成した
コークスは主として流動床を形成している粒子の表面に
析出するため運転上の障害が起り難く長時間の連続運転
が可能である。

コークス熱媒体法は流動床方式であるため、コークスの
析出による運転障害が少なく、しかも副生残渣のような
ものを熱分解の熱源として利用できるので、重質油の熱
分解には特に適している。

コークス熱媒体法において、加熱塔のコークス粒子を加
熱するにはコークス粒子の増加分の燃焼と、加熱塔の側
方に設置した燃焼器からの高温低カロリーガスとの熱交
換が併用される。

前者は原料油の熱分解によってコークス粒子表面に析出
したコークス増加分を燃焼して装置内のコークス粒子量
を一定に保持することを主目的としており、これにより
供給される熱量は少ない。

すなわち前記の表−１にみられる如く、コークスの析出
量は少ないので、その燃焼による加熱量は所要熱量（原
料油の約２０ｗｔ％相当分の発熱量）の一部を占めるに
すぎず、大部分は燃焼器からの高温燃焼ガスによって供
給しなげればならない。

従来、上記のような場合におけるコークス粒子の加熱方
法として、加熱塔の側方に設置した燃焼器において、燃
料油または燃料ガスを空気によって完全燃焼させて発生
した高温の燃焼ガスとコークス粒子を熱交換させるとと
もに、燃焼ガス中に残存する酸素によってコークス粒子
の増加分を燃焼させる方法が知られている。

しかし、この方法には次のような欠点がある。

■ コークス粒子の表面に析出したコークスの燃焼量を
制御するには燃焼器からの燃焼ガス中に残存する酸素の
割合を調節しなげればならずコークスの燃焼条件と燃焼
器の燃焼条件を独立に制御することができない。

■ 上述の如く、燃焼器の過剰空気率はコークス燃焼量
により決められることとなり、通常これは０〜５０％程
度であるため、燃焼室の燃焼温度はきわめて高くなる。

そのため、燃焼器の炉材として高価な特殊材質が必要と
なる。

■ 燃焼器の温度が高く酸化雰囲気であるため燃焼ガス
中の窒素酸化物の濃度が高くなる。

本発明は、このような欠点を解消したコークス粒子の加
熱方法の提供を目的としており、多量の副生残渣油を燃
焼器に供給して空気に対して燃料過剰の条件で部分燃焼
を行なわせることによって広い用途を有する高温の低カ
ロリーガスに転化し該高温低カロリーガスな用いてコー
クス粒子を加熱するのである。

燃焼器に供給される副生残渣は部分燃焼のため完全燃焼
の場合よりもはるかに多量であっても、反応塔と加熱塔
の所要熱量とバランスさせることができ、必要ならば副
生残渣の全量を低カロリーガスに転化することも可能で
ある。

本発明では燃焼器の燃焼条件を加熱塔におけるコークス
の燃焼条件と独立に制御するため、コークス燃焼用の空
気は加熱塔に直接吹込む。

この空気によって燃焼器からの低カロリーガスが加熱塔
内で燃焼しないように、空気の吹込口は低カロリーガス
の加熱塔への導入口より下、望ましくは０．３ｍ以上下
方に設けることが必要である。

この場合、空気吹込口は燃焼コークス量に応じて複数個
設けてもよい。

空気吹込口における吹込速度が小さすぎると、コークス
粒子が空気管に逆流して管を閉塞させることがあり、ま
た吹込速度が大きすぎると、空気噴流によりコークス粒
子が微粉化することがある。

したがって、空気の吹込みは吹込口の圧力損失が０．２
〜４ｋｇ／ｃｄとなるような吹込速度で行なうことが望
ましい。

空気吹込口付近におけるコークスの急激な燃焼を避ける
ために、必要に応じて空気とともに窒素ガス、スチーム
等を吹込んで酸素分圧を調整することができる。

燃焼器の燃焼条件は原料油の熱分解における所要熱量、
低カロリーガス化すべき副生残渣の量および発生ガスの
発熱量等を勘案して決定される。

部分燃焼における過剰燃料率、すなわち供給空気量によ
り理論的に完全燃焼可能な燃料量に対する供給燃料の過
剰分の百分率は過小であれば発生ガスの発熱量が低下し
、過大であればばいじんの発生が多く、燃焼状態も不安
定となるため、おおむね２０％以上１００％以下の範囲
であることが望ましい。

副生残渣の収率は原料油種によって異るが、副生残渣の
用途が限られていることから、一般にはその殆ど全量を
低カロリーガス化できることが望ましく、このような場
合には過剰燃料率は副生残渣の原料油に対する収率によ
って左右されることになる。

コークス熱媒体法による熱分解の対象となる多くの原料
油において副生残渣の収率は３０〜４０重量％であり、
この殆ど全量を低カロリーガス化する場合でも過剰燃料
率は上記の２０〜１００％の範囲に入る。

副生残渣の部分燃焼によって生成するガスはＨ２、Ｃｏ
、ＣＨ４等の可燃成分を含む高温の低カロリーガスであ
る。

中東産原油の減圧残油を熱分解したときの副生残渣の部
分燃焼により生成する低カロリーガスの組成と過剰燃料
率との関係を表−２に示す。

なお、部分燃焼によって副生残渣のガス化が十分に行な
われるように、燃焼器に供給される副生残渣に対し５〜
３５ｗｔ％のスチームを吹込んで副生残渣のバーナーの
液滴の噴霧を良好にすることが望ましい。

本発明に対する踵解を容易にするために、第１図により
本発明の実施の態様を説明する。

第１図は本発明の一実施例を示すもので、１はコークス
粒子の流動床を使用した反応塔、２はコークス粒子の流
動床を使用した加熱塔である。

反応塔に管３を通して供給された原料油は、ここで７０
０°Ｃ乃至８５０℃の温度で熱分解される。

分解生成物は管４を通ってサイクロン５に送られ、ここ
で分解生成物に同伴されたコークス粒子が分離される。

分離されたコークス粒子は管６を通り反応塔１へ戻され
る。

分解生成物は管７により急冷器８に送られ、管９から供
給される急冷油により６００℃以下、望ましくは２００
°Ｃ乃至４００℃に急冷されたのち管１０を通って蒸留
塔１１へ送られ、分解ガスと副生油各留分に分けられる
。

分解ガスおよび副生軽質油は蒸留塔頂の管１２より次の
処理工程に送られる。

一方、副生残渣は塔底部より管１３を通して抜出され、
加熱塔２の側方に設けられた燃焼器１６に燃料として供
給される。

蒸留塔において中間留出油と副生残渣の分離までも行な
う場合には、中間留出油は蒸留塔側方の管１４より抜出
されて次の工程に送られ、より濃縮された副生残渣のみ
が管１３より抜出されて燃焼器１６に送られることとな
る。

副生残渣の一部を管１５より分岐して急冷油として再使
用することも出来る。

また必要に応じて、これを更に分岐して副生残渣を他の
用途に供することも出来る。

燃焼器に供給された副生残渣は管１８を通して供給され
る空気により燃焼されるが、理論空気量による燃焼時よ
りも大巾に燃料たる副生残渣が過剰の条件で燃焼される
ため、一部の副生残渣が燃焼される（部分燃焼される）
と共に残りの副生残渣がガス化され１４００〜１８００
°Ｃの高温の低カロリーガスが発生する。

この低カロリーガスは管１９を通り加熱塔２の内部に吹
込まれ、ここで流動床を形成しているコークス粒子を加
熱する。

一方、原料油の熱分解でコークス粒子の表面に析出した
コークスも加熱塔２の流動床において燃焼されてコーク
ス粒子加熱の熱源として利用される。

このコークスの燃焼条件を燃焼器における副生残渣の燃
焼条件と独立に制御するため、コークス燃焼用空気は管
２０を通して加熱塔に直接吹込まれる。

この空気によって燃焼器からの低カロリーガスが加熱塔
で燃焼してしまわぬよう空気吹込口は低カロリーガスの
加熱塔への導入口、すなわち管１９の加熱塔との接続部
より下方に設置されている。

加熱塔の空気吹込口附近におけるコークスの急激な燃焼
を避けるために、管２１を通してスチーム、Ｎ２等を導
入して空気と混合することにより、空気中の酸素分圧を
調節することも出来る。

さて、以上のようにして加熱されたコークス粒子は７２
０℃乃至９００°Ｃとなり、管１７を通り反応塔と循環
し原料油の熱分解に要する熱量を供給する。

またコークス粒子と熱交換して温度の下がった低カロリ
ーガスはサイクロン２２を通りガスに同伴されたコーク
ス粒子が分離されたのち、管２４を通って加熱塔の外へ
導かれる。

分離されたコークス粒子は管２３を通して加熱塔の流動
床に戻される。

加熱塔から得られる低カロリーガスは、脱硫、脱塵など
の処理を行なった後、加熱炉等の燃料ガスとして一般的
に利用することが可能であるが、第１図に示されている
ように、管２４を通して再燃焼ボイラー２５に送り、管
２６より空気を供給して再燃焼することにより１０００
℃以上の高温燃排ガスを発生させ、この顕熱を利用して
管２７を通って供給されるボイラー水から圧力３０〜６
０ｋｇ／ｃｍ’Ｇ以上の高圧スチームを多量に発生させ
ることも出来る。

スチームの発生により顕熱を奪われて温度の下がった燃
焼排ガスは管２９を通って排ガス処理工程に送られる。

本発明によって達成される効果を要約すると以下の通り
である。

■ 燃焼器における副生残渣の燃焼条件と加熱塔流動床
におけるコークス粒子の燃焼条件を全く独立に制御出来
るため、反応塔の熱分解条件の変更や原料油種の変更に
対応してコークス粒子加熱条件を広い範囲内で自由に選
択することが可能である。

そのため、装置の操作性が飛躍的に向上する。

■ 原油又はその蒸留残渣油等の重質油を熱分解してエ
チレン、プロピレン等のオレフィン類ヲ製造する際、多
量に生成する副生残渣を完全にガス化することが可能と
なり、これ等を処理するための特別な副生残渣の専焼ボ
イラーあるいは中間留出油の脱硫装置等が不要となる。

■ 副生残渣から得られた低カロリーガスを第１図のよ
うな再燃焼ボイラーで燃焼させることにより、高圧スチ
ームを発生させることが出来る。

コークス熱媒体法によるエチレン製造装置では回収した
高圧スチームを装置の動力用としてスチームタービン等
に使用すれば、装置所要動力の自給化が可能となる。

さらにタービンより抽気したスチームを他の用途に用い
ればスチームの自給化も可能となるため、従来の装置に
較べ経済性が著るしく向上する。

■ 加熱塔の側方に設けられた燃焼器では副生残渣の部
分燃焼が行なわれるため、完全燃焼と較べ燃焼温度の低
下を図ることができ、燃焼器の炉材として高価な特殊材
質が不要となり、また燃焼温度低下のための多量の冷却
用スチームを入れる必要もなくなる。

■ 燃焼器の温度が低く、還元雰囲気であるため窒素酸
化物の発生量が大巾に低減する。

■ 加熱塔から出る低カロリーガス中にはサイクロン通
過後も少量のコークス微粉が含まれており、加熱塔出口
に第１図のように再燃焼ボイラーを設置する場合には、
該再燃焼ボイラーでこの微粉を燃焼処理するためには加
熱塔排ガスの温度を１２００℃前後迄上昇させる必要が
ある。

このため従来の方法では再燃焼ボイラーに多量の補助燃
料ガスを供給する必要があったが、本発明の方法では加
熱塔から出る低カロリーガスの発熱量が比較的高いため
、補助燃料ガスの所要量が大巾に低減される。

次に本発明の実施例を示す。

実施例 １ 第１図に示すように構成された装置の反応塔へ中東産重
質原油を供給し温度７５０°Ｃ１稀釈スチームと原料油
の重量比１．０の条件で熱分解したところ、分解ガス４
９ｗｔ％、副生軽質油１１ｗｔ％、副生残渣３２ｗｔ％
およびコークス８ｗｔ％を生成した。

この副生残渣を全量、加熱塔の側方に設置した燃焼器に
供給し、副生残渣に対し２０重量％の噴霧用スチームを
吹込み、過剰燃料率３３％で部分燃焼させたところ、低
カロリーガスが７．６Ｎｍ３７ｋｇ・原料油発生した。

発生したガスの組成は次の通りであった。

燃焼器の温度は１７００℃であり、燃焼器の炉材として
特殊な材質を必要としなかった。

加熱塔には生成コークスの６０％を燃焼させるための空
気が直接吹込まれた。

このため燃焼器の燃焼条件と全く独立にコークスの燃焼
条件を制御することが出来てコークス燃焼量の調整が容
易であった。

コークス燃焼用空気の吹込口は上記低カロリーガス導入
口より１．５ｍ下部に設けたため、吹込んだ空気中の酸
素はほぼ全量がコークス燃焼に有効に利用され、低カロ
リーガスを燃焼させるようなことはなかった。

空気吹込口は１個であり、吹込口の圧力損失は１．０ｋ
ｇ／ｃｍ’とした。

吹込口よりのコークス粒子の逆流や吹込口近辺でのコー
クス粒子の微粉化はほぼ０であった。

熱分解生成コークスの残り４０％は微粉化、スチームと
の反応等により失なわれた。

再燃焼ボイラーにおいて上記低カロリーガスを含む加熱
塔排ガスをｏ、 ０６ ｋｇＡｇ・原料油の補助燃料ガ
スと共に１２００°Ｃで再燃焼させ、燃焼排ガスの顕熱
を利用してスチームを発生させたところ、圧力８０ ｋ
ｇ／ｃｍ’Ｇの高圧スチームを３，３ｋｇ／ｋｇ・原料
油発生させることが出来た。

本発明の方法を加熱塔側方の燃焼器において完全燃焼を
行なわせた場合と比較すると次の通りである。

実施例 ２ 実施例１と同様の装置および運転条件において中東産原
油の減圧残油を熱分解したところ、分解ガス３９ｗｔ％
、副生軽質油９ｗｔ％、副生残渣４３ｗｔ％およびコー
クス９ｗｔ％が生成した。

実施例１と同様に本発明の方法を燃焼器において完全燃
焼を行なわせた場合と比較すると次の通りである。

実施例 ３ 実施例１と同様の装置および運転条件において中東産原
油の常圧残油を熱分解したところ、分解ガス４８ｗｔ％
、副生軽質油１５ｗｔ％、副生浅漬３３ｗｔ％およびコ
ークス４ｗｔ％が生成した。

実施例１と同様に本発明の方法を燃焼器において完全燃
焼を行なわせた場合と比較すると次の通りである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施する装置の一例を示す概略説明図
である。 １・・・・・・反応塔、２・・・・・・加熱塔、８・・
・・・・急冷器、１１・・・・・・蒸留塔、１６・・・
・・・燃焼器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 反応塔と加熱塔の二つのコークス粒子流動床を併設
   し、第二塔間にコークス粒子を循環し、加熱塔において
   燃料および必要に応じコークス粒子の一部を燃焼するこ
   とにより前記コークス粒子を加熱するとともに、反応塔
   において加熱されたコークス粒子を熱媒体として原油又
   はその蒸留残渣油等の重質油を熱分解し、エチレン、プ
   ロピレン等のオレフィン類を製造する方法において、熱
   分解による副生液状生成物の蒸留残渣を前記加熱塔の側
   方に設置した燃焼器に導いて、空気を用い過剰燃料率２
   ０〜１００％の範囲で部分的に燃焼することにより高温
   の低カロリーガスを発生させ、該高温低カロリーガスを
   側方より前記加熱塔に導入し、コークス粒子と熱交換し
   て当該粒子を加熱し、さらに前記加熱塔の高温低カロリ
   ーガス吹込口の下方に設けた空気吹込口より空気を吹込
   み、反応塔における原料油の熱分解により前記コークス
   粒子の表面に析出したコークスの増加分を燃焼してコー
   クス粒子を加熱することを特徴とする加熱塔におけるコ
   ークス粒子の加熱方法。