(57)【要約】炭化水素粗製原料流からエチレンを回収するための炭化水素クラッキング法および装置。特に本発明の炭化水素クラッキング法および装置は、対流区域および放熱区域を有する炉を使用し、該放熱区域の中で特定の温度に加熱し自己クェンチングを行わせることにより炭化水素供給原料のクラッキングが行われる。
2005524757.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化水素供給原料を熱的にクラッキングする方法において、
（ａ）少なくとも第１の区域と第２の区域を有する炉に炭化水素供給原料を供給し；
（ｂ）炉の第１の区域において炭化水素供給原料を予熱して予熱された炭化水素供給原料をつくり；
（ｃ）予熱された炭化水素供給原料を炉の第２の区域に移動させ；
（ｄ）炉の第２の区域の内側の表面の所にある境界層の内部で該予熱された炭化水素供給原料の少なくとも若干がクラッキングを起こすまで該予熱された炭化水素供給原料を加熱し；
（ｅ）境界層のクラッキングした分子とほぼ全体の流体層のクラッキングしていない分子とを混合し；
（ｆ）クラッキングした分子の少なくとも若干を境界層からほぼ全体の流体層へと移動させ、実質的に瞬間的に自己クェンチングを起こさせてクラッキングした分子がさらにクラッキングするのを実質的に停止させ、それと実質的に同時にクラッキングしていない分子の少なくとも若干をほぼ全体の流体層から境界層へと移動させ、クラッキングした分子としていない分子とが混合される結果としてクラッキングしていない分子の少なくとも若干のクラッキングを起こさせ；
（ｇ）クラッキングした分子としていない分子の実質的にすべてを約１２５０°Ｆより低い出口温度で炉から取出す
工程を含んで成ることを特徴とする方法。
【請求項２】
炭化水素供給原料を炉に供給する間に炭化水素供給原料に水蒸気を加える工程をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
予熱された炭化水素供給原料１平方フィート当たり約１〜５ポンド／秒の質量速度で予熱された炭化水素供給原料を炉の第２の区域に移動させることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項４】
予熱された炭化水素供給原料１平方フィート当たり好ましくは約２〜４ポンド／秒の範囲の質量速度で予熱された炭化水素供給原料を炉の第２の区域に移動させることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項５】
炭化水素供給原料を約５００〜約９００°Ｆの範囲の温度に予熱することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項６】
炭化水素供給原料を約６００〜約８００°Ｆの範囲の温度に予熱することを特徴とする請求項５記載の方法。
【請求項７】
予熱された炭化水素供給原料は該第２の区域で放熱管の金属の温度が約２０００〜約２３００°Ｆの範囲になるような温度に加熱されることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項８】
予熱された炭化水素供給原料は該第２の区域で放熱管の金属の温度が好ましくは約２１００〜約２２００°Ｆの範囲になるような温度に加熱されることを特徴とする請求項７記載の方法。
【請求項９】
内径が約０．５〜約２．５インチの範囲の放熱管により、該予熱された炭化水素供給原料を炉の第１の区域から第２の区域へと移動させることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１０】
放熱管への流れを均一に分配するために流れ分配器を使用することにより、該予熱された炭化水素供給原料を該第２の区域へと移動させることを特徴とする請求項９記載の方法。
【請求項１１】
放熱管への流れを均一に分配するためにベンチュリ・メーターを使用することにより、該予熱された炭化水素供給原料を該第２の区域へと移動させることを特徴とする請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
内径が約０．７５〜約１．５インチの範囲の放熱管により、該予熱された炭化水素供給原料を炉の第１の区域から第２の区域へと移動させることを特徴とする請求項９記載の方法。
【請求項１３】
長さが約４〜約１２フィートの範囲の放熱管により、該予熱された炭化水素供給原料を炉の第１の区域から第２の区域へと移動させることを特徴とする請求項９記載の方法。
【請求項１４】
長さが好ましくは約６〜約１０フィートの範囲の放熱管により、該予熱された炭化水素供給原料を炉の第１の区域から第２の区域へと移動させることを特徴とする請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
内部のフィンを使用することにより境界層の中のクラッキングした分子とほぼ全体の流体層の中のクラッキングしていない分子とを混合することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１６】
螺旋形または円形の内部のフィンを使用することにより、境界層の中のクラッキングした分子とほぼ全体の流体層の中のクラッキングしていない分子とを混合することを特徴とする請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
高さが約０．０５〜約０．２５インチの範囲の内部のフィンを使用することにより、境界層の中のクラッキングした分子とほぼ全体の流体層の中のクラッキングしていない分子とを混合することを特徴とする請求項１５記載の方法。
【請求項１８】
高さが好ましくは約０．０６〜約０．１２５インチの範囲の内部のフィンを使用することにより、境界層の中のクラッキングした分子とほぼ全体の流体層の中のクラッキングしていない分子とを混合することを特徴とする請求項１５記載の方法。
【請求項１９】
それぞれ約２〜約１０インチの間隔で請求項１０記載の放熱管の内部に取り付けられた内部のフィンを使用することにより、境界層の中のクラッキングした分子とほぼ全体の流体層の中のクラッキングしていない分子とを混合することを特徴とする請求項１５記載の方法。
【請求項２０】
それぞれ好ましくは約３〜約６インチの間隔で放熱管の内部に取り付けられた内部のフィンを使用することにより、境界層の中のクラッキングした分子とほぼ全体の流体層の中のクラッキングしていない分子とを混合することを特徴とする請求項１９記載の方法。
【請求項２１】
約０．００２〜約０．００５秒の滞在時間内で、境界層の中のクラッキングした分子とほぼ全体の流体層の中のクラッキングしていない分子を移動させ、クラッキングおよび自己クェンチングを行わせ、反応を停止させることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項２２】
炭化水素供給原料を熱的にクラッキングする方法において、
（ａ）少なくとも第１の区域と第２の区域を有する炉に炭化水素供給原料を供給し；
（ｂ）該炭化水素供給原料に水蒸気を加え；
（ｃ）炉の第１の区域において行われる予熱工程で炭化水素供給原料を予熱して予熱された炭化水素供給原料をつくり；
（ｄ）炉の第２の区域の内側の表面の所にある境界層の内部で該予熱された炭化水素供給原料の少なくとも若干がクラッキングを起こすまで該予熱された炭化水素供給原料を加熱し；
（ｅ）予熱された炭化水素供給原料がクラッキングして該予熱された炭化水素供給原料のクラッキングした分子を含む境界層、および予熱された炭化水素供給原料のクラッキングしていない分子を含むほぼ全体の流体層をつくるまで該予熱された炭化水素供給原料を加熱し；
（ｆ）境界層から得られるクラッキングした分子とほぼ全体の流体層から得られるクラッキングしていない分子とを混合し；
（ｇ）境界層から得られるクラッキングした分子の少なくとも若干をほぼ全体の流体層へと移動させ、実質的に瞬間的に自己クェンチングを起こさせてクラッキングした分子がさらにクラッキングするのを実質的に停止させ、それと実質的に同時に総体的な流動層から得られるクラッキングしていない分子の少なくとも若干を境界層へと移動させ、クラッキングした分子としていない分子とが混合される結果としてクラッキングしていない分子の少なくとも若干のクラッキングを起こさせ；
（ｈ）クラッキングした分子としていない分子の実質的にすべてを約１２５０°Ｆより低い出口温度で炉から取出し；
（ｉ）炉から取出されたクラッキングした分子およびしていない分子を冷却して熱を除去し、炭化水素供給原料からオレフィン、ジオレフィンおよび芳香族化合物を回収する
工程を含んで成ることを特徴とする方法。
【請求項２３】
炭化水素供給原料を熱的にクラッキングするための炉において、
（ａ）炭化水素供給原料を受け取りこれを予熱して予熱された炭化水素供給原料をつくる第１の区域、
（ｂ）予熱された炭化水素供給原料を炉の第２の区域へと移動させるようにつくられた流れ分配器、
（ｃ）炉の第２の区域の内側の表面の所における境界層の内部において予熱された炭化水素供給原料の少なくとも若干がクラッキングされるまで該予熱された炭化水素供給原料を加熱する第２の区域を具備し、ここで該第２の区域は
（ｄ）境界層の中のクラッキングした分子の少なくとも若干と、ほぼ全体の流体層の中のクラッキングしていない分子の少なくとも若干とを混合するための混合器；
（ｅ）クラッキングした分子の少なくとも若干を境界層からほぼ全体の流体層の中へと移動させ、それと実質的に同時にクラッキングしていない分子をほぼ全体の流体層から境界層へと移動させるようにつくられた流体分配器；および
（ｆ）クラッキングしたおよびしていない実質的にすべての分子を約１２５０°Ｆより低い出口温度で炉から取出す導管を含んでいることを特徴とする炉。
【請求項２４】
炭化水素供給原料を予熱する前に該炭化水素供給原料に水蒸気を加える連結器をさらに含んでいることを特徴とする請求項２３記載の炉。
【請求項２５】
流れ分配器は予熱された炭化水素供給原料を約１〜５ポンド／秒／平方フィートの質量速度で移動させることを特徴とする請求項２３記載の炉。
【請求項２６】
流れ分配器は予熱された炭化水素供給原料を好ましくは約２〜４ポンド／秒／平方フィートの質量速度で移動させることを特徴とする請求項２３記載の炉。
【請求項２７】
第１の区域は炭化水素供給原料を約５００〜約９００°Ｆの範囲の温度に予熱することを特徴とする請求項２３記載の炉。
【請求項２８】
第１の区域は炭化水素供給原料を好ましくは約６００〜約８００°Ｆの範囲の温度に予熱することを特徴とする請求項２７記載の炉。
【請求項２９】
第２の区域は予熱された炭化水素供給原料を放熱管の金属の温度が約２０００〜約２３００°Ｆの範囲の温度になるように加熱することを特徴とする請求項２３記載の炉。
【請求項３０】
第２の区域は予熱された炭化水素供給原料を放熱管の金属の温度が好ましくは約２１００〜約２２００°Ｆの範囲の温度になるように加熱することを特徴とする請求項２９記載の炉。
【請求項３１】
流体分配器は内径が約０．５〜約２．５インチの範囲の内径をもっていることを特徴とする請求項２３記載の炉。
【請求項３２】
放熱管は内径が好ましくは約０．７５〜約１．５インチの範囲にあることを特徴とする請求項３１記載の炉。
【請求項３３】
流れ分配器は、予熱された炭化水素供給原料を炉の第２の区域の中の放熱管に均一に分配することを特徴とする請求項３１記載の炉。
【請求項３４】
流れ分配器は、ベンチュリ・メーターを使用することにより、予熱された炭化水素供給原料を炉の第２の区域の中の放熱管に均一に分配することを特徴とする請求項３１記載の炉。
【請求項３５】
放熱管は長さが約４〜約１２フィートの範囲にあることを特徴とする請求項３１記載の炉。
【請求項３６】
放熱管は長さが好ましくは約６〜約１０フィートの範囲にあることを特徴とする請求項３５記載の炉。
【請求項３７】
混合器は内部のフィンを含んでいることを特徴とする請求項２３記載の炉。
【請求項３８】
内部のフィンは螺旋形または円形をしていることを特徴とする請求項３７記載の炉。
【請求項３９】
内部のフィンの高さは約０．０５〜約０．２５インチの範囲であることを特徴とする請求項３８記載の炉。
【請求項４０】
内部のフィンの高さは好ましくは約０．０６〜約０．１２５インチの範囲であることを特徴とする請求項３９記載の炉。
【請求項４１】
内部のフィンはそれぞれ約２〜約１０インチの範囲の間隔で請求項３１記載の放熱管の内部に取り付けられていることを特徴とする請求項３７記載の炉。
【請求項４２】
内部のフィンは好ましくはそれぞれ約３〜約６インチの範囲の間隔で請求項３１記載の放熱管の内部に取り付けられていることを特徴とする請求項４１記載の炉。
【請求項４３】
流体分配器は約０．００２〜約０．００５秒の範囲の滞在時間内で供給原料の移動、クラッキング、自己クェンチングおよびクラッキングの停止を行うことを特徴とする請求項２３記載の炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は２００２年５月７日出願の米国特許暫定出願第６０／３７８，３０７号の利益を請求する。この特許出願は引用により本明細書に包含される。
【０００２】
本発明は炭化水素供給原料のクラッキングを行う方法および装置に関する。さらに特定的には、本発明は炭化水素を特定の温度に加熱し、炉の中で自己クェンチング（ｓｅｌｆ−ｑｕｅｎｃｈ）させることにより炭化水素のクラッキングを行う方法および炉に関する。
【背景技術】
【０００３】
炭化水素供給原料を熱的にクラッキングしてオレフィン、ジオレフィンおよび芳香族化合物をつくる方法はまた炭化水素の熱分解法としても知られているが、これは通常の石油化学的な方法である。この方法はしばしば水蒸気クラッキング法と呼ばれている。何故ならば、炭化水素供給原料をクラッキング初発温度に加熱する際、通常水蒸気と混合してクラッキングを行うからである。典型的には炭化水素供給原料にはエタン、プロパン、ナフサまたはガスオイルが含まれるが、これが全部ではない。クラッキングはクラッキング炉の中で行われ、この炉は、放熱区域、対流区域、および熱回収装置を具備している。対流区域、即ち予熱区域においては炭化水素供給原料と水蒸気との混合物を通常は１１００〜１３００°Ｆの範囲のクラッキング初発温度に加熱する。放熱区域、即ちクラッキング区域はクラッキングが起こる場所である。熱回収装置はクラッキングされた炭化水素および炉の煙道ガスから熱を回収する。
【０００４】
上記の水蒸気クラッキング法は６０年以上に亙って工業的に使用され、現在のクラッキング炉の大部分は、炉の設計者によって違いはあるとしてもどれも類似したものである。炉の放熱区域の中でクラッキングされた炭化水素は高合金の管を通されるが、この管は天然ガスおよび／または炉の中でつくられたあまり望ましくない軽質のガスを燃焼させて得られる熱を受け取る。この管は典型的には直径が１〜３インチの範囲にあり、長さは４０〜８０フィートである。或る種の炉は放熱区域の入口の所で多数の小さい管を有し、これが炉の放熱区域の出口の所にあるそれより数が少ない最高８インチの直径の大きな管に連結されている。炉の放熱区域の管は放熱区域を出た後熱交換器を通り、これにより炉からの流出流が冷却されてクェンチングし、この管の中で起こるクラッキング反応は停止させられる。
【０００５】
炭化水素供給原料からつくられる所望のオレフィンおよびジオレフィンの収率に影響を与えるこれらの炉の重要な放熱区域の望ましい特性に関しては、多くのことが知られている。即ち、炉の放熱区域の中の炭化水素の分圧が減少すると、所望のオレフィンおよびジオレフィンの収率が増加することが知られている。また、クラッキングが起こる有効滞在時間が減少すると、所望のオレフィンおよびジオレフィンの収率が増加することも知られている。
【０００６】
これらの知識の結果、最近設置されるクラッキング炉は放熱区域の中での滞在時間が０．１〜０．３秒である。この時炉の流出流は炉の放熱区域を出た後できるだけ速やかにクェンチングされる。炉から出てクェンチングされるまでの典型的な経過時間は０．０１〜０．０４秒であるが、これは所望のオレフィンおよびジオレフィンの収率に悪影響を及ぼす。
【０００７】
公知の炭化水素のクラッキング炉の代表的な一例においては、対流区域および放熱区域が存在している。放熱区域は立方体の形をしており、直径が１〜４インチの垂直な放熱管だけを含んでいる。放熱区域には内部にフィンをもっていることができるが、これは必ずしも必要ではない。この炉に対するクラッキングの滞在時間は０．０７〜０．２秒である。しかしこの設計には弱点がある。滞在時間が短いとはいえ、この滞在時間の範囲内でコーキング（炭素の付着）が起こる可能性がなお存在している。これに加えて、この炉は、流出流が炉を出た後のクェンチングを外部からの冷却に頼っている。外部の熱交換器が必要なためにエネルギーのコストと設備投資が増大する。
【０００８】
クラッキング炉の内部におけるコーキングを防ぐために、デコーキング（付着した炭素の除去）用の流体を添加するか、その炭化水素クラッキング工程に変更を加えることによって化学的にコーキングを中断させることが他の人々によって試みられた。提案された一つの方法においては、デコーキング用の流体を炭化水素供給原料の中に注入してコーキングを防ぐ。これに加えて、クラッキング温度を１５５０〜１８５０°Ｆに低下させ、０．０１〜０．１０秒の滞在時間を使用する。この方法は、付着炭素の生成を減少させることはできるが、コーキングを防ぐために高価な薬剤を必要とし、また低いクラッキング温度を使用するために効率が低下する。これに加えて、クラッキング工程を冷却し停止させるために、さらに余分の熱交換器を必要とする。
【０００９】
大部分の炉は４〜１５ｐｓｉｇの範囲の低い放出圧力で操作される。しかし、コーキングのために放熱区域の中でかなりの圧力低下があり、これは所望の生成物の収率に悪影響を及ぼす。炭化水素の分圧が増加すると、所望の生成物の収率は減少する。
【００１０】
所望の生成物の収率を増加させ、炉の内部におけるコーキングの生成を減少させ、クラッキング工程の滞在時間を減少させ、コストの節約になる潜在的な利点、例えば低い設備投資、低いエネルギー消費量、および装置に対する低い圧力規格を達成し得る炭化水素のクラッキング法および炉が現在も必要とされている。
【発明の開示】
【００１１】
本発明の概要
典型的な炭化水素のクラッキング法においては、クラッキングを行うべき供給流の全体としての温度がクラッキングさせるべき炭化水素のクラッキング初発温度よりも実質的に高くなるように供給流を加熱する。クラッキングはこの供給流のほぼ全体の中で起こる。本発明においては、クラッキングを行うべき供給流を全体としてクラッキング初発温度よりも低い温度に加熱するが、この場合この供給流全体を非常に高温の管に通し、ほぼ全体の供給流体と高温の管との間の境界層が十分に高い温度に加熱され、境界層の所でだけクラッキングが起こるようにする。その結果、分子が高温の境界層とクラッキング初発温度よりも低い低温のほぼ全体の流体との間を往復する際に反応の自己クェンチングが起こる。ほぼ全体の流体と境界層との間における分子の移動を補強するためには混合が必要である。混合は、クラッキング工程が行われる炉の管の内部にあるフィンを使用することによって理想的に行われる。クラッキングは境界層でだけ起こるから、クラッキングの滞在時間は現存の技術の場合におけるよりも実質的に短く、従って望ましい大部分の生成物の収率は著しく増加する。
【００１２】
本発明においては、この新規炭化水素クラッキング法に加えて、該新規炭化水素クラッキング法を最適に行うための新規炉が開発された。この新規炉は、管の金属の温度を高くし、本発明方法に必要な短い滞在時間で操作されるように設計されている。本発明の新規炉は少なくとも二つの区域をもっているが、それよりも多い区域をもつことができる。第１の区域、即ち対流区域は、炉に供給される炭化水素供給原料を予熱するための区域である。第２の区域、即ち放熱区域は、クラッキングが起こる場所である。放熱区域の内部には多数の炉、即ち放熱管が存在している。大部分のの炉と異なり、本発明の炉の内部の放熱管は従来の型のものよりも遥かに短く、典型的には小さい直径をもっている。これらの放熱管は、ほぼ全体の流体層と境界層との間の分子の移動を助けるために内部に取り付けられた内部のフィンをもっている。
【００１３】
本発明の特徴、利点および目的、並びに以下に明らかとなる他の事項をさらに詳細に理解できるように、上記に概説した本発明について次に本明細書の一部である添付図面に示した本発明の具体化例を参照してさらに特別に説明を行う。しかしこれらの図面は本発明の好適具体化例を示すだけのものであり、従って本発明の範囲を限定するものではなく、他の有効な具体化例も同等に許容できるものとする。
【００１４】
本発明の詳細な説明
本発明は、炭化水素供給原料１２をクラッキングして供給原料１２からオレフィン、ジオレフィン、および芳香族化合物を回収する方法および装置１０に関する。該装置１０は典型的には炉と呼ばれる。加熱器、ボイラー、キルン、ケトルまたは分解炉を含む任意の種類の炉の容器５０を使用することができるが、これだけに限定されないことに注意されたい。
【００１５】
炭化水素のクラッキング工程は炭化水素供給原料１２を炉５０に供給することによって開始される。炉５０は少なくとも二つの区域をもっている。第１の区域１４は典型的には対流区域または予熱区域と呼ばれる。多くの場合、炭化水素供給原料１２を炉５０に入れる前に、または該供給原料１２を予熱する前に、水蒸気１６を炭化水素供給原料１２に加える。いずれの操作も炭化水素供給原料１２を炉５０に供給しながら水蒸気１６を炭化水素供給原料１２に加えるものと考えられる。本発明のすべての具体化例は、予め炭化水素供給原料１２に水蒸気１６が加えられているかいないかに拘わらず行われると考えるべきである。炉５０の対流区域１４の中で炭化水素供給原料１２は約５００〜約９００°Ｆ、好ましくは約６００〜約８００°Ｆの範囲に予熱される。供給原料１２を予熱する方法は明らかであり、当業界の専門家には公知である。
【００１６】
炭化水素供給原料１２が予熱されたら、供給原料１２を炉５０の第２の区域１８に移す。この第２の区域１８は典型的には炉５０の放熱区域、クラッキング区域、或いは焼成区域と呼ばれる。この第２の区域、即ち放熱区域１８は典型的には図２および３に示されているような、中に予熱された炭化水素供給原料１２が通される多数の放熱管２０を含んでいる。また第２の区域１８は、該放熱管２０の内部に含まれた予熱された炭化水素供給原料１２をクラッキングするのに必要な熱を供給する多数のバーナー２２を含んでいる。燃料ガスとしては典型的には天然ガスまたは軽質の望ましくないクラッキングしたガスが使用されるが、任意の適当な代替品を使用することができる。
【００１７】
放熱管２０は典型的には該管２０が炉５０の内部の苛酷な条件に耐え得るような高合金材料からつくられる。しかし、炉の内部で機能するのに必要とされる強度および耐久性をもち、本発明方法に使用される化学材料と相容性をもっている限り、この種の目的に適した適当な材料が適切な代替品として使用される。管２０は約４〜１２フィート、好ましくは約５〜約８フィートの範囲の長さをもっている。管２０の直径は約０．５〜約２．５インチ、好ましくは０．７５〜約１．５インチの間で変化している。
【００１８】
本発明の好適具体化例においては、予熱された炭化水素供給原料１２が炉５０の放熱区域１８の中の放熱管２０に移される際、各放熱管２０の入口の所で、但し放熱区域１８に対して外側の所に、流れ分配器２４が設置されている。この流れ分配器２４の機能は予熱された炭化水素供給原料１２を各放熱管２０に対して均一に分配することである。この目的に対してはベンチュリ２５が適切な流れ分配器２４である。しかし、本発明に使用される化学材料および本発明方法の苛酷な条件に対し相容性をもつ材料でつくられている限り、必要に応じこのような機能を適切に果たせる他の装置または方法を本発明の方法および装置に使用することができる。
【００１９】
予熱された炭化水素供給原料１２は約１〜約５ポンド／秒／平方フィート、好ましくは約２〜約４ポンド／秒／平方フィートの質量速度で放熱区域１８の管２０の中に運ばれる。既に水蒸気１６が炭化水素供給原料１２に加えられている場合も、質量速度は同じである。
【００２０】
放熱区域１８の内部のバーナー２２は典型的には当業界に公知である。唯一の要求は、放熱管２０に対して該管の金属の温度が約２０００〜約２３００°Ｆ、好ましくは約２１００〜２２００°Ｆに達するのに十分な熱をバーナー２２が供給できる必要があるということだけである。
【００２１】
予熱された炭化水素供給原料１２が炉５０の放熱区域１８の中に入った後、放熱管２０の金属の温度が約２０００〜約２３００°Ｆに達するまで供給原料１２が加熱される。好適な温度範囲は約２１００〜２２００°Ｆである。管の金属が所望の温度に達したら、少なくとも若干の予熱された炭化水素供給原料１２はクラッキングを起こし、管２０の内部に境界層２４（図示せず）と呼ばれるクラッキングした分子の層がつくられる。クラッキングせずに残った、或いは部分的にしか即ち少ししかクラッキングしなかった予熱された炭化水素供給原料の少なくとも若干は、いわゆるほぼ全体の流体層２６（図示せず）の中に残り、これはまた境界層２４として同じ管２０の中にも存在している。ほぼ全体の流体層２６はクラッキングしなかった分子を含んでいる。放熱管２０の内部では、境界層２４の中のクラッキングした分子、およびほぼ全体の流体層２６の中のクラッキングしない分子が一緒に混在している。この混合を助けるために、放熱管２０の内部で図４に示すような内部のフィン２８を使用することが二つの層の中の分子を混合する好適な方法である。
【００２２】
この状況においては、予熱された炭化水素供給原料１２のクラッキングは、高温の放熱管２０の内側の表面と供給原料１２のクラッキング初発温度よりも低い温度をもつ該管２０を通る総体的な流体２６との間の境界層２４の中で起こるであろう。放熱管２０に入る供給原料１２の一部はクラッキング初発温度よりも高い温度にある境界層２４の中に存在し、従ってこれらの分子はクラッキングを起こす。
【００２３】
管２０はそれぞれ内部のフィン２８を有し、その高さは約０．０５〜約０．２５インチ、好ましくは約０．０６２５〜約０．１２５インチである。フィン２８は好ましくは螺旋状または円の形をしている。しかし他の形のフィンもうまく動作し、本発明の範囲内に入るものと考えられたい。フィン２８は、図４に示されているように、管２０の内部に取り付けられる。各フィン２８の先端の間の取り付け間隔、即ちピッチは約２〜約１０インチ、好ましくは約３〜約６インチである。
【００２４】
クラッキングした分子およびクラッキングしていない分子が混合している結果、境界層２４の中のクラッキングした分子の少なくとも若干はほぼ全体の流体層２６の中に運ばれ、これによって瞬間的に自己クェンチングが起こり、クラッキングした分子がそれ以上さらにクラッキングすることが停止される。ここで実質的に瞬間的とは約０．００２〜約０．００５秒を意味する。このような短い時間間隔は正確な測定が困難であるから、簡単のためにこの時間を実質的に瞬間的であると考えることにする。それと実質的に同時に、ほぼ全体の流体層２６の中のクラッキングしていない分子は境界層２４の中に運ばれ、クラッキングした分子になる。実質的に同時とは実際上可能な限り迅速であることを意味する。
【００２５】
放熱管２０の中でクラッキング過程が起こったら、放熱管２０からのすべての流出流は一緒になって約１２５０°Ｆより低い温度で出口の所で炉５０のから出る。炉５０から出た後、流出流３０は冷却され、通常の熱交換器および回収系によって流出流から熱が回収され、またオレフィン、ジオレフィン、および芳香族化合物が回収される。管２０および放熱区域１８から出るクラッキングした炭化水素の温度を適切にコントロールすれば、炭化水素供給原料１２の適切な変換が達成されると思われる。
【００２６】
この新規方法では温度２０００〜２３００°Ｆにおいて炭化水素供給原料１２のクラッキングを行うが、付着炭素の生成は最低限度に抑制される。温度を上昇させると通常付着炭素への分解が増大する。しかし本発明においてはコーキングの機会は著しく減少する。何故ならば、他の同等な炭化水素クラッキング炉に比較して滞在時間が非常に短いからである。本発明における滞在時間は０．００２〜０．００５秒であるのに対し、従来の炭化水素クラッキング法では０．０１〜０．０４秒の範囲である。
【００２７】
本発明の改善された炭化水素クラッキング装置が現存の設計に勝る利点はいくつかある。第１の利点は、クラッキングの有効滞在時間、即ち炭化水素供給原料または部分的にしかクラッキングされていない分子がクラッキング初発温度よりも高い温度で費やす時間が０．００２〜０．００５秒の範囲にあることである。境界層２４の中の分子だけがクラッキング初発温度よりも高い温度をもっているであろう。滞在時間が短いと、通常のクラッキング炉に比較してクラッキング炉５０から得られる所望の生成物の収率が増加する。また滞在時間が短いと、前に述べたように付着炭素の生成が減少する。
【００２８】
本発明の他の利点は、炉の流出流３０が炭化水素供給原料のクラッキング初発温度よりも温度が低いほぼ全体の流体と共に放熱区域１８を出る際に、混合により瞬間的なクェンチングが起こり予熱された炭化水素供給原料のクラッキングが中止されると考えられることである。この時、熱は遥かに簡単でコストがかからない方法でクラッキングした流出流から回収される。現在の方法では、クラッキング工程をクェンチングさせ中断させるために余分の熱交換器が必要である。このような変更によって設備投資がかなり節約される。何故ならば、クラッキングした炭化水素のクェンチングを行いクラッキング工程を停止させるための熱交換器を必要としないからである。これに加えて、現在の方法に比べ炭化水素の圧力が低いから、低圧の規格の装置を使用することができ、これによっても設備投資が減少する。
【００２９】
滞在時間が短く、炉からの放出圧力が低いことに加えて、放熱管および熱回収装置を通る際の圧力低下は他の既存のクラッキング装置に比べて遥かに低いであろう。圧力低下が低いと、現在許容されている技術に比べ所望の生成物の収率が増加する。
【００３０】
本発明の新規炭化水素クラッキング法のさらに他の利点は、この方法に必要な正味のエネルギーが現在得られる他の設計に比べて実質的に小さいと考えられることである。本発明のクラッキング法では自己クェンチングが行われるから、このように正味のエネルギーの要求量が小さいのは、クラッキング工程を停止させるためにクラッキングした炭化水素流を冷却する必要がないことによるものであり、これによって炭化水素流のクェンチングを行うために余分の熱交換器を取り付ける必要がなくなる。反応のクェンチングを行うための熱交換器の必要をなくすことによってエネルギーが節約されるであろう。
【００３１】
本発明の明白な変更および同等物は当業界の専門家には明らかであるから、本発明は上記に示し説明した構造、操作、正確な材料または具体化例の細かい詳細点に限定されないことを了解されたい。従って本発明は添付特許請求の範囲によってのみ限定されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明による改良された炭化水素クラッキング法の簡単化された工程の流れ図。
【図２】図１の方法に従って炭化水素供給原料の炭化水素クラッキングを行うための炉の部分的断面図。
【図３】図２の３−３の線に沿って採った図１の炭化水素供給原料の炭化水素クラッキングを行うための炉の断面図。
【図４】図２の装置による内部のフィンを備えた放熱管の部分的断面図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【国際調査報告】
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