(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
重質炭化水素供給原料の調製のための方法であって、
スチーム分解炉の対流区画において、選択的にスチームを含む炭化水素を予熱して、供給原料の一部を気化して、選択的にスチームを伴う揮発炭化水素蒸気中に不揮発炭化水素を包含する液滴を含むミストストリームを形成し、このミストストリームは対流区画を離れる際には第１の流速及び第１の流れ方向を有し、
前記ミストストリームの流速をこのミストストリームが通る大径管における摩擦によって低減させて、且つこのミストストリームに少なくとも一つの遠心力を被らせることにより、フラッシュドラムに入るに先立って、前記ミストストリーム内の液滴を合体させて、
蒸気からの液滴の少なくとも一部をフラッシュドラムにおいて分離して蒸気相及び液相を形成すること、及び蒸気相を熱分解炉へ供給することを含む方法。
【請求項２】
請求項１の方法であって、蒸気相を前記スチーム分解炉の下部対流区画及び放射区画へ供給することを更に含む方法。
【請求項３】
請求項１又は２の方法であって、前記重炭化水素供給原料は、スチーム分解ガスオイル及び残留物、加熱オイル、ジェット燃料、ディーゼル、灯油、ガソリン、コーカーナフサ、スチーム分解ナフサ、触媒分解ナフサ、水素化分解、改質油、ラフィネート改質油、フィッシャー・トロップシュ液体、フィッシャー・トロップシュガス、天然ガソリン、留出物、処女ナフサ、原油、大気パイプスチールボトム、ボトムを含む真空パイプスチールストリーム、広範な沸点範囲のナフサ対ガスオイル凝縮体、精製所からの重非処女炭化水素ストリーム、真空ガスオイル、重ガスオイル、原油で汚染されたナフサ、大気残油、重残油、Ｃ４／残留物  混合体、ナフサ残留物物混合体の少なくとも１つを含む方法。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れか一項に記載の方法であって、前記重炭化水素供給原料は、低硫黄蝋質残油を含む方法。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れか一項に記載の方法であって、前記重炭化水素供給原料の６０乃至８０％は５９０℃（１１００°Ｆ）より低い沸点を有する方法。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れか一項に記載の方法であって、前記フラッシュドラムに入るに先立って、前記ミストストリームの流速が少なくとも４０％だけ低減される方法。
【請求項７】
請求項１乃至５の何れか一項に記載の方法であって、前記ミストストリームの流速が６０フィート／秒（１８ｍ／秒）未満へ低減される方法。
【請求項８】
請求項１乃至７の何れか一項に記載の方法であって、前記調整は、前記フラッシュドラムに入るに先立って、先ずミストストリームの流速を６０フィート／秒（１８ｍ／秒）未満へ低減させることを含む方法。
【請求項９】
請求項１乃至８の何れか一項に記載の方法であって、前記ミストストリームにおける液滴は管内径の２５倍未満の距離で合体する方法。
【請求項１０】
請求項１乃至９の何れか一項に記載の方法であって、前記ミストストリームにおける液滴は管内径の４倍未満の距離で合体する方法。
【請求項１１】
請求項１乃至１０の何れか一項に記載の方法であって、前記ミストストリームは流路を流れ、この流路は先ず少なくとも一つのマニフォールド又は円錐形状導管及び少なくとも１つのベンドを含む方法。
【請求項１２】
請求項１乃至１１の何れか一項に記載の方法であって、前記ミストストリームを環状ミスト流へ変換することを更に含む方法。
【請求項１３】
請求項１乃至１２の何れか一項に記載の方法であって、前記フラッシュドラムは少なくとも８５％の不揮発分離効率を達成する方法。
【請求項１４】
請求項１乃至１３の何れか一項に記載の方法であって、前記フラッシュドラムは少なくとも９５％の不揮発分離効率を達成する方法。
【請求項１５】
請求項１乃至１４の何れか一項に記載の方法であって、前記フラッシュドラムは少なくとも９９％の不揮発分離効率を達成する方法。
【請求項１６】
請求項１乃至１５の何れか一項に記載の方法であって、前記フラッシュドラムは少なくとも９９．８％の不揮発分離効率を達成する方法。
【請求項１７】
請求項１乃至１６の何れか一項に記載の方法であって、前記ミストストリームはミスト流形態であり、管内径の２５倍未満の距離で環状ミスト流へ変換される方法。
【請求項１８】
請求項１乃至１７の何れか一項に記載の方法であって、前記ミストストリームはミスト流形態であり、管内径の４倍未満の距離で環状ミスト流へ変換される方法。
【請求項１９】
請求項１乃至１８の何れか一項に記載の方法であって、前記ミストストリームは、多重ベンドを含む流路を通じて流れる方法。
【請求項２０】
請求項１９の方法であって、少なくとも１つのベンドが少なくとも４５度である方法。
【請求項２１】
請求項１９又は２０記載の方法であって、少なくとも１つのベンドが少なくとも９０度である方法。
【請求項２２】
請求項１９乃至２１の何れか一項に記載の方法であって、少なくとも１つのベンドが１８０度である方法。
【請求項２３】
炭化水素供給原料を調整する方法であって、
熱分解炉の対流区画において選択的にスチームを含む炭化水素供給原料を予熱して、供給原料の一部を気化して、選択的にスチームを伴う揮発炭化水素蒸気中に不揮発炭化水素を包含する液滴を含むミストストリームを形成し、このミストストリームは対流区画を離れる際には第１の流速及び第１の流れ方向を有し、
前記ミストストリームの流速をこのミストストリームが通る大径管における摩擦によって低減させて、且つこのミストストリームに少なくとも一つの遠心力を被らせることにより、フラッシュドラムに入るに先立って、前記ミストストリーム内の液滴を合体させて、
蒸気からの液滴の少なくとも一部をフラッシュドラムにおいて分離して 蒸気相及び液相を形成し、蒸気相をスチーム分解炉へ供給し、フラッシュは、合体した液滴を包含するミストストリームをフラッシュドラムへ導入すること、少なくとも１つの上部フラッシュドラム出口から蒸気相を除去すること、及び少なくとも１つの下部フラッシュドラム出口からの液相の除去を含む方法。
【請求項２４】
請求項２３の方法であって、前記ミストストリームが少なくとも１つの接線ドラム入口を通じてフラッシュドラムへ接するように導入される方法。
【請求項２５】
請求項２３又は２４の方法であって、前記液相が少なくとも１つの下部側面フラッシュドラム出口及び少なくとも１つのフラッシュドラム底部出口から除去される方法。
【請求項２６】
請求項２３乃至２５の何れか一項に記載の方法であって、前記フラッシュドラムがその内側に前記接線ドラム入口と前記上部フラッシュドラム出口との間に設置された環状バッフルを有して、蒸気相に随伴するものから前記フラッシュドラム内を下方へ流れる液相の部分を効果的に低減する方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の背景】
【０００１】
発明の分野
本発明は、不揮発性炭化水素のフラッシュドラム除去効率を増大させる蒸気分解法におけるミスト流の環状流への変換に関する。
【０００２】
背景及び関連技術の説明
スチーム分解は、様々な炭化水素原料油をオレフィンへ分解することに長らく用いられてきた。従来のスチーム分解は、２つの主要な区画、即ち対流区画及び放射区画を有する炉を用いる。炭化水素原料油は通常は炉の対流区画へ液体として入り（蒸気として入る軽供給原料は除く）、通常は、放射区画からの温排ガスとの間接接触により、或いはスチームとの直接接触により加熱されて気化される。気化された原料油は放射区画へ導入されて、ここで分解がなされる。結果的なオレフィンは、例えばクエンチングなどの更なる下流処理のために炉を離れる。
【０００３】
従来のスチーム分解システムは、高品位原料油（例えばオイル及びナフサ）の分解のためには効果的であった。しかしながら、スチーム分解の経済性は、例えば非限定的な例として原油、大気中残留物などの低コスト重供給原料の分解にも好都合なこともある。原油及び大気中残留物は、高分子重量であって沸点が１１００Ｆ°（５９０℃）を超える不揮発性成分を包含する。これら供給原料の不揮発性ヘビー・エンドは、従来の熱分解炉の対流区画にコークとして溜まる。軽量成分が完全に気化する点の下流の対流区画では、極めて低レベルの不揮発成分のみが許容される。更に、若干のナフサは輸送中に原油で汚染される。従来の分解炉は、残留物、原油、或いは重不揮発性炭化水素の大きな留分を包含する多くの残留物又は原油汚染ガス油又はナフサを処理する柔軟性は有さない。
【０００４】
このようなコーキング問題を解決するために、米国特許第３，６１７，４９３号（これは参照により本明細書に組み込まれている）は、原油原料のための外部気化ドラムの使用を開示すると共に、蒸気としてナフサを除去する第１のフラッシュ及び４５０°Ｆと１１００°Ｆ（２３０℃と６００℃）との間の沸点で蒸気を除去する第２フラッシュの使用を開示する。蒸気は分解炉内でオレフィンへ分解されて、２つのフラッシュタンクからの分離液体が除去され、スチームでストリップされて、燃料として使用される。
【０００５】
米国特許第３，７１８，７０９号（これは参照により本明細書に組み込まれている）はコーク堆積を最小化する処理を開示する。これは分解炉の内側又は外側で重質原料の予熱を与え、過熱蒸気により重質原料の約５０％を気化して、残留液体の除去を与える。気化炭化水素は分解を受ける。
【０００６】
米国特許第５，１９０，６３４号（これは参照により本明細書に組み込まれている）は、対流区画内の水素の小さな臨界量の存在における原料の予熱により炉内のコーク形成を抑制する方法を開示する。対流区画における水素の存在は炭化水素の重合化反応を抑制するので、コーク形成を抑制する。
【０００７】
米国特許第５，５８０，４４３号（これは参照により本明細書に組み込まれている）は、原料が先ず予熱されて分解炉の対流区画におけるプレヒーターから引き抜かれる処理を開示する。この予熱された供給原料は所定量のスチーム（希釈スチーム）と混合されて、気体液体分離機へ導入されて、不揮発性成分の必要な割合が分離機から液体として分離されて除去される。気体液体分離機からの分離蒸気は過熱及び分解のために分解炉へ復帰する。
【０００８】
本発明の発明者は、フラッシュを用いて、分解炉で分解可能な軽質揮発性炭化水素から重質不揮発性炭化水素を分離するには、不揮発性炭化水素の除去効率を最大にすることが重要であると認識している。換言すれば、重質コーク形成不揮発性炭化水素が蒸気相に随伴して、炉の塔頂へ運ばれてコーキング問題を形成する。
【０００９】
スチーム分解分解炉の対流区画においては、最小ガス流が管系に要求されて、良好な熱伝導を達成して且つコーキングを低減するのに充分に低い膜温度を維持させる。代表的には、約１００フィート／秒（３０ｍ／秒）の最小ガス流速度が望ましいものとされている。
【００１０】
フラッシュドラムを用いて、液相としての重質不揮発性炭化水素から軽質揮発性炭化水素を蒸気相として分離する際には、フラッシュドラムに入るフラッシュ流は通常は、微小な液滴として随伴された液体（不揮発性炭化水素成分）を含む。従ってフラッシュ流は２つの相流である。対流区画の内側の管系における必要な境界相膜温度を維持するのに必要な流れにおいて、この２つの相流は「ミスト流」形態にある。このミスト流形態において、不揮発性重質炭化水素を含む微小液滴は蒸気相に随伴し、これは揮発性炭化水素及び選択的なスチームである。２つの相ミスト流はフラッシュドラムにおける操作上の問題を呈している。というのは、２つの相ミスト流の高いガス流速度においては、不揮発性炭化水素を含む微小液滴が相互に合体しないので、フラッシュドラムから液相としての効率的除去ができないためである。速度１００フィート／秒（３０ｍ／ｓ）のガス流においては、フラッシュドラムは、７３％の低効率による重質不揮発性炭化水素の除去しかできないことが解っている。
【００１１】
本発明は、フラッシュドラムにおける揮発性炭化水素蒸気からの不揮発性炭化水素の効率的除去のための処理を与える。本発明は「ミスト流」形態を「環状流」形態に変換して、ひいてはフラッシュドラムにおける不揮発性及び揮発性炭化水素の分離を相当に改善する処理を与える。
【００１２】
発明の概要
本発明は、重質炭化水素供給原料の調製のための処理を与え、これはスチーム分解炉の対流区画において炭化水素（選択的にスチームを含む）を予熱して、供給原料の一部を気化して、揮発炭化水素蒸気（選択的にはスチームを伴う）中に不揮発炭化水素を包含する液滴を含むミスト流を形成し、ミスト流は対流区画を離れる際には第１の流速及び第１の流れ方向を有し、このミスト流を調製して液滴を合体させ、この調整は、先ず流速を低減して次いで流れ方向を変えること、蒸気からの液滴の少なくとも一部をフラッシュドラムにおいて分離して蒸気相及び液相を形成すること、及び蒸気相を熱分解炉へ供給することを含む。
【００１３】
本発明の一実施形態によれば、蒸気相はスチーム分解炉の下部対流区画及び放射区画へ供給される。
【００１４】
一実施形態によれば、ミスト流の処置はミスト流の流速の低減を含む。ミスト流の流速は少なくとも４０％低減できる。ミスト流速度は６０フィート／秒（１８ｍ／ｓ）未満に低減できる。
【００１５】
他の実施形態によれば、ミスト流の流速を低減し、次いで少なくとも１つの遠心力を受けさせて、液滴を合体させる。ミスト流は、その流れ方向を少なくとも１回変化させられる。
【００１６】
本発明による他の実施形態によれば、ミスト流液滴は２５管径未満の距離、好ましくは８管内径未満、最も好ましくは４管内径未満である。
【００１７】
他の実施形態によれば、ミスト流は、少なくとも１つのベンドを含む流路を通じて流れる。好ましくは流路は複数のベンドを含む。このベンドは少なくとも４５度、９０度、１８０度、又はそれらの組み合わせである。
【００１８】
他の実施形態によれば、ミスト流は環状流へ変換される。フラッシュ効率は少なくとも８５％、好ましくは少なくとも９５％、更に好ましくは少なくとも９９％、最も好ましくは少なくとも９９．８％へ増大できる。このミスト流は環状流へ５０管径未満、好ましくは２５管径未満、更に好ましくは８管径未満、最も好ましくは４管径未満である。
【００１９】
本発明によれば、炭化水素供給原料を調整する処理は、熱分解炉の対流区画において炭化水素供給原料（選択的にスチームを含む）を予熱して、供給原料の一部を気化して、揮発炭化水素蒸気（選択的にはスチームを伴う）中に不揮発炭化水素を包含する液滴を含むミスト流を形成し、このミスト流は対流区画を離れる際には第１の流速及び第１の流れ方向を有し、このミスト流を調製して液滴を合体させ、蒸気からの液滴の少なくとも一部をフラッシュドラムにおいて分離して蒸気相及び液相を形成し、蒸気相をスチーム分解炉へ供給し、フラッシュは、合体した液滴を包含するミスト流をフラッシュドラムへ導入すること、少なくとも１つの上部フラッシュドラム出口から蒸気相を除去すること、及び少なくとも１つの下部フラッシュドラム出口からの液相の除去を含む。
【００２０】
本発明は、霧流が少なくとも１つの接線ドラム入口を通じてフラッシュドラムへ接するように導入される他の実施形態も開示する。
【００２１】
発明の詳細な説明
特に断らない限り、全てのパーセンテージ、割合、比等は重量部で表す。
【００２２】
特に断らない限り、組成又は成分に対する基準は、組成の混合物のような他の組成又は成分との組み合わせのみならず、それ自身による組成又は成分を含む。
【００２３】
更に、量、凝縮度、或いは他の値又はパラメータが好ましい値の上限及び好ましい値の下限の表として与えられた際には、これは好ましい値の上限及び好ましい値の下限の任意の対から形成された全ての範囲を特に開示するものであって、範囲が別々に開示されているか否かにはよらないことを理解されたい。
【００２４】
更に本明細書で用いられるように：
流れ形態は、液体流れの可視的又は定量的特性である。設定速度もなければ、設定液滴サイズもない。ミスト流は、液体の小滴が管を通じて蒸気相流へ分散する２相流を意味する。透明管においては、ミスト流は動きが速い小さな雨滴のように見える。
【００２５】
環状流は、管内面における流れの液体流と管芯における蒸気流との２相流を意味する。環状流の蒸気流速度は約２０フィート／秒（６ｍ／秒）である。透明管においては、動きが速い液体の相が観察される。若干の液滴が蒸気流の芯に観察される。管出口においては、液体は通常は滴り落ちるので、少量のミストのみが観察される。ミストから環状流への変化は、ミストと環状流とが一緒に出る遷移期間を含むのが通例である。
【００２６】
供給原料は、少なくとも２つの成分即ち揮発炭化水素及び不揮発炭化水素を含む。本発明によるミスト流は、揮発炭化水素に随伴する不揮発炭化水素の微細な液滴を含む。
【００２７】
不揮発除去効率は以下のように計算される。
【００２８】
不揮発除去効率＝［フラッシュを離れる蒸気相内の不揮発（質量／時間）／フラッシュへ入る炭化水素における不揮発］（質量／時間）］＊１００％
炭化水素は蒸気（一般に揮発性）及び液体（一般に不揮発性）炭化水素の合計である。不揮発性は以下のように測定される。炭化水素原料の沸点は、ＡＳＴＭ  Ｄ−６３５２−９８によるガスクロマトグラフ抽出(Gas Chromatograph Distillation:GCD) により測定される。不揮発は、ＡＳＴＭ  Ｄ−６３５２−９８により測定した１１００°Ｆ（５９０℃）を越える公称沸点を有する炭化水素の留分である。１４００°Ｆ（７６０℃）を越える公称沸点を有する不揮発性で非常によく働く。
【００２９】
炉へ入る全ての炭化水素における不揮発性１１００乃至１４００°Ｆ（５９０乃至７６０℃）の留分及び水を除去した後のフラッシュドラム頂塔の試料はＡＳＴＭ  Ｄ−６３５２−９８により解析した。
【００３０】
図１に示された本発明による炭化水素供給原料１０を分解する方法は、交換管列２による炭化水素供給原料の予熱を含み、これは蒸気分解炉３の上部対流区画における水１１及びスチーム１２の存在を伴うか或いは伴うことなく、供給原料の一部を蒸気化し、揮発炭化水素／スチーム蒸気における不揮発炭化水素を有する液滴を含むミストストリーム１３を形成する。供給原料／水／スチーム混合体の更なる予熱は熱交換管列６を通じて実行できる。対流区画１４を離れるミストストリーム１４は第１の流速及び第１の流れ方向を有する。この処理は、ミストストリームを調製して液滴を合体させること、フラッシュ５において炭化水素蒸気から液滴の少なくとも一部を分離して蒸気相１５及び液相１６を形成すること、及び蒸気相８を熱分解炉の下部対流区画と放射区画とへ供給することを更に含む。
【００３１】
上述したように、供給原料は炭化水素である。重不揮発ヘビーエンドを有する炭化水素供給原料は本処理に有益に利用できる。このような供給原料は、非限定的な例として、次に示すうちの一つ以上を含む。即ちスチーム分解ガスオイル及び残留物、加熱オイル、ジェット燃料、ディーゼル、灯油、ガソリン、コーカーナフサ、スチーム分解ナフサ、触媒分解ナフサ、水素化分解、改質油、ラフィネート改質油、フィッシャー・トロップシュ液体、フィッシャー・トロップシュガス、天然ガソリン、留出物、処女ナフサ、原油、大気パイプスチールボトム、ボトムを含む真空パイプスチールストリーム、広範な沸点範囲のナフサ対ガスオイル凝縮体、精製所からの重非処女炭化水素ストリーム、真空ガスオイル、重ガスオイル、原油で汚染されたナフサ、大気残油、重残油、Ｃ４／残留物混合体、ナフサ残留物物混合体である。
【００３２】
重炭化水素原料は少なくとも６００°Ｆ（３１０℃）の公称エンド沸点を有する。好ましい供給原料は、低硫黄蝋質残油、大気残油、原油で汚染されたナフサである。最も好ましい残油は、１１００°Ｆ（５９０℃）より低い沸点を有する６０−８０％成分を含む残油であり、例えば低硫黄蝋質残油である。
【００３３】
上述したように、重供給原料は炉１の上部対流区画で予熱される。供給原料は選択的に多孔分散管４における予熱の前又は後（例えばプレヒーター２における予熱の後）にスチームと混合してもよい。重炭化水素の加熱は当業者に公知の任意の形態を採ることができるが、炉の対流区画における供給原料と炉の放射区画からの高温排ガスとの間接接触からなることが好ましい。これは例えば、熱分解炉３の上部対流区画１内に位置する熱交換管列２に供給原料を通過させることにより達成できるが、この例に限定されるものではない。制御系６の前の予熱供給原料１４の温度は、６００°Ｆと９５０°Ｆとの間（３１０℃と５１０℃との間）である。好ましくは、加熱供給原料の温度は約７００乃至９２０°Ｆ（３７０℃乃至４９０℃）であり、より好ましくは７５０°Ｆと９００°Ｆとの間（４００℃と４８０℃との間）であり、最も好ましくは８１０°Ｆと８９０°Ｆとの間（４３０℃と４７５℃との間）である。
【００３４】
予熱の結果として、供給原料の一部分は蒸気化されて、ミストストリームは、揮発炭化水素蒸気における不揮発炭化水素を包含する液滴を含んで形成され、これにはスチームが伴うか又は伴わない。１００フィート／秒（３０ｍ／秒）より速い流速において、液体は蒸気相に随伴した不揮発炭化水素を含む微小な液滴として存在する。この２相ミスト流は液体と蒸気とに分離するのは極めて困難である。フラッシュドラムへ入る前に微小ミストを大きな液滴へ合体させる必要がある。しかしながら、高温排ガスからの熱の転移に実際的に影響させ、対流区画におけるコーキングを低減させるために、１００フィート／秒（３０ｍ／秒）以上の流速が通常は必要である。
【００３５】
本発明に従えば、ミストストリームは液滴を合体させるように調整されている。本発明による１実施形態によれば、この調製はミストストリームの速度を低減させることを含む。対流区画１４を離れ、フラッシュ５の前（図１における位置９）のミストストリームの速度を低減させることはミストストリームの合体を助ける。少なくとも４０％、好ましくは少なくとも７０％、更に好ましくは８０％、最も好ましくは８５％だけミストストリーム速度を低減させることが好ましい。また対流区画を離れるミスト流ストリームの速度を、少なくとも１００フィート／秒（３０ｍ／秒）から６０フィート／秒（１８ｍ／秒）未満へ、更に好ましくは３０フィート／秒（２７乃至９ｍ／秒）未満へ、最も好ましくは１５フィート／秒（２７乃至５ｍ／秒）未満へ低減させることも好ましい。
【００３６】
環状流は大径管における摩擦によって流速を低減させることにより達成できる。ミスト流を環状流へ変換させるのに必要な低減を達成するためには、管系の実質的な長さが必要である。管系の必要な長さは、内側管径の値によって規定される。工学的な実施は、ミスト流速を６０フィート／秒（１８ｍ／秒）へ低減した後、直管の５０乃至１５０管径（例えば２４インチ×１００＝２００フィート、又は０．６メートル×１００＝６０メートル）からの摩擦が環状流を確立するために必要であることを要請する。
【００３７】
ミスト流ストリームの速度の低減は、対流区画の外側管系に１つ以上のエクスパンダーを含めることにより達成される。閉じた系においては、速度の好ましい低減を達成するのに、少なくとも１つのエクスパンダーが、必要であると考えられる。例えばエクスパンダーは図２に示すように単純な円錐形状１０１又はマニフォールド１０２とすることが、このような例に限定されるものではない。出口端部の断面領域は、全ての出口の合計の断面領域よりも大きい。本発明による好ましい実施形態において、ミスト流は、最初に少なくとも１つのエキスパンダーの影響を受け、次に、少なくとも１つのベンド、好ましくは様々な角度を有する多重ベンドの影響を被る。ミストストリームが１つ以上の複数のエキスパンダーを通って流れる際に、速度は低下する。エキスパンダーの個数は要求される速度低減の量に応じて変化させることができる。高い速度低減が要求されるのであれば、一般的な慣例規範のように、より多くのエキスパンダーを用いることができる。任意のエキスパンダー、例えばマニフォールドを本発明に用いることができる。
【００３８】
エキスパンダー単独で速度を低減して環状流が確立されるのであるが、少なくとも１つのベンドを速度の低減に応じて用いることが好ましい。ベンドは遠心分離機のような働きをなす。液滴はベンドの外壁へ流れて、ここで合体する。
【００３９】
本発明はミスト流の環状流への変換を相当に少ない管系で可能にする。本発明によれば、ミストストリーム液滴は、２５管内径未満、更に好ましくは８管内径未満、最も好ましくは４管内径未満で合体する。
【００４０】
本発明によれば、ミストストリームの調製は、ミストストリームに少なくとも１つのエキスパンダー及びこのエキスパンダーの下流の遠心力の影響を被らせて、液滴を合体させることを含む。これはミストストリームにその流れ方向の少なくとも１回の変化を被らせることにより達成できる。対流区画外側の管系は、ミスト流を環状流へ変換する目的で、少なくとも１つのベンドを含むように設計されている。このベンドは、制御システム１７とフラッシュドラム直前との間のエキスパンダーの下流の管系を通じて位置させることができる。
【００４１】
異なる角度のベンドを用いることができる。例えば４５度、９０度、及び／又は１８０度ベンドを本発明に用いることができる。エキスパンダーの後、１８０度ベンドは最も大きな蒸気コア速度低減を与える。本発明の一つの実施形態によれば、処理は少なくとも４５度の少なくとも１つのベンドを含む。他の実施形態においては、処理は９０度の少なくとも１つのベンドを含む。更に他の実施形態においては、処理は１８０度の少なくとも１つのベンドを含む。
【００４２】
本明細書に開示された本発明を用いて、少なくとも８５％のフラッシュドラム除去効率を達成できることが解っている。少なくとも９５％の好ましいフラッシュ効率、少なくとも９９％のより好ましいフラッシュ効率、少なくとも９９．８％の最も好ましいフラッシュ効率が本発明を用いて達成できる。
【００４３】
例えばエキスパンダーの組み合わせにおいて、速度の要求された低減の後、ミスト流ストリームの微小な液滴は１つ以上の複数のベンドにおいて合体するので、フラッシュドラム５における蒸気相ストリームから容易に分離される。フラッシュは通常は少なくとも１つのフラッシュドラムにおいて実行される。フラッシュドラム５においては、蒸気位相ストリームは少なくとも１つの上部フラッシュドラム出口から除去されて、液相は少なくとも１つの下部フラッシュドラム出口から除去される。好ましくは、２つ以上の下部フラッシュドラム出口が液相除去のためにフラッシュ内に位置する。
【００４４】
本発明によれば、炭化水素供給原料を調整する処理は、熱分解炉の対流区画内で液体炭化水素供給原料を加熱して、供給原料の一部を蒸気化し、炭化水素蒸気内の炭化水素を含む液滴を包含して、且つスチームを伴う又は伴わないミストストリームを形成し、対流区画を離れるミストストリームは第１の流速及び第１の流れ方向を有し、ミストストリームを調製して液滴を合体させ、フラッシュドラムにおいて炭化水素蒸気から液滴の少なくとも一部を分離して蒸気相及び液相を形成し、蒸気層をスチーム分解炉の放射区画へ供給し、フラッシュは、合体された液滴を包含するストリームをフラッシュドラムへ導入して、少なくとも１つの上部フラッシュドラム出口から蒸気相を除去し、且つ少なくとも１つの下部フラッシュドラム出口から液相を除去する。
【００４５】
本発明によるフラッシュドラムは図３に示されている。フラッシュドラムの除去効率は、このフラッシュドラムへ入る液滴サイズが小さくなるにつれて低下する。液滴サイズは、ガス速度が大きくなる。分離効率を増大させるには、充分な長さの管、エキスパンダー、及びベンドが、低速で安定な液滴の大きなサイズを確立するために要求される。
【００４６】
フラッシュドラムにおける不揮発炭化水素の除去効率を更に増大させるためには、図１のフラッシュストリーム９がフラッシュドラムへ図３の少なくとも１つの接線フラッシュドラム入口２０１を通じてフラッシドラムへ接線状に入ることが好ましい。好ましくは接線入口は、流れと面位置か僅かに下側にある。不揮発炭化水素液体相は内側フラッシュドラム壁に沿って外側環状流を形成し、不揮発蒸気相は先ず内部コアを形成し、フラッシュドラム内を上方へ流れる。１つの好ましい実施形態においては、接線入力はコリオリ力と同じ方向にせねばならない。
【００４７】
液相は１つの低部フラッシュドラム出口から除去される。選択的に、出口に形成される渦を防ぐように、側部フラッシュドラム出口（２０３）又は渦破砕機（vortex breaker）を加えることができる。蒸気相の上向内部コア流は、フラッシュドラム内側の環状バッフル２０２の回りで発散して、少なくとも１つの上部フラッシュドラム出口２０４から除去される。バッフルはフラッシュドラム内側に据え付けられて、分離した液相のフラッシュドラム内の上昇流蒸気相へ随伴する部分を更に防いで低減させるようにフラッシュドラム内を下側へ向かって流す。蒸気相は、好ましくは、図１の下部対流区画７へ流れて、交差管８を通じて分解炉の放射区画へ入る。
【００４８】
本発明は以下の例により示されているが、代表例の目的のために与えられており、本発明の要旨を制限するように意図されたものではない。特に断らない限り、全てのパーセンテージ、割合その他は重量部で表す。
【００４９】
例１
フラッシュドラム分離の蒸気／液体分離効率は液滴サイズに大きく依存する。ストークスの法則は、液滴又は粒子の最終速度はその径の二乗に比例することを教えている。従って極めて微細なミストがフラッシュドラムへ入れば、上向きガス速度の速度は液滴の最終速度よりも大きく、随伴し易い。液滴の環状流への拡張的な合体は、フラッシュドラム内で容易に分離される非常に大きな液滴を与える。
【００５０】
環状流はバルク流速を低減させることにより有効となり、液滴の合成のために充分な時間と摩擦とを可能にする。バルク速度が低下した後、概ね１００管流径が液滴を合体させるのに必要である。空気／水流試験をなして、１００管径未満の環状流を如何にして生成するかを判定した。２つの６ＨＰブロアーが２”ＩＤ管内に高速ガスを生成した。この２つのブロアーからの空気はＹ継手内で組み合わされて、２”ＩＤ透明管へ流れる。透明管の直前にはＴ継手があり、ここに水が添加されてミスト流を生成する。管系の端部における流体速度計は流体速度を測定する。
【００５１】
ミスト流における微細な水滴が合体するか否かを観察するために、様々な管系ベンド、例えば４５度、エルボー、戻りベンド、エキスパンダーを実験した。これらは以下の表１に要約してある。
【００５２】
表１
液滴合体の観察
実験１
説明：空気に水６ＧＰＭを添加して１１０フィート／秒（３３ｍ／秒）バルク速度の２相流を生成。
観察：２インチ（５ｃｍ）内径管内に微細な液滴ミスト流
実験２
説明：遠心力を生じるように９０°ベンドを加える。
観察：ミスト流が強まる。
実験３
説明：２インチ（５ｃｍ）内径直管の端部にエキスパンダー及び６フィート（１．８ｍ）の３インチ（７．５ｃｍ）透明管を加える。
観察：６フィート（約１．８ｍ）、即ち３インチ（約７．５ｃｍ）透明管の管内径の２５倍に亘ってミスト流
実験４
説明：実験３に１２フィート（３．６ｍ）以上の３インチ（７．５ｃｍ）透明管を加えて全長を１８フィート（５．４ｍ）即ち管内径の７５倍とした。
観察：若干の液滴が合体するがミストは依然として存在している。
実験５
説明：２インチ（５ｃｍ）内径直管の端部に３インチ（７．５ｃｍ）内径へのエキスパンダー、９０°エルボー、及び６フィート（１．８ｍ）の３インチ（７．５ｃｍ）透明管を加え、速度５０フィート／秒（１５ｍ／秒）とした。
観察：液滴の相当な合体、若干のミストを伴う環状流。
実験６
説明：２インチ（５ｃｍ）内径管の端部に６インチ（１５ｃｍ）内径へのエキスパンダー、９０°エルボー、４フィート（１．２ｍ）の６インチ（１５ｃｍ）管、９０°エルボー、及び４フィート（１．２ｍ）の６インチ（１５ｃｍ）管を加えた。
観察：ミストの軌跡が殆どない環状の強い流れ。
【００５３】
観察の結論は以下の通りである。実験２は、ベンド単独では高速においては液滴を合体させず、微小なミストを生成するのと同じであることを示す。実験３及び４は、７５倍管径の大きな内径管の後でさえも、エキスパンダー単独では液滴を合体させるのに充分ではないことを示している。実験５及び６はベンドが続くエキスパンダーと長さが短い直管とは液滴を合体させることを示している。ベンドが続くエキスパンダーを大きくすると、環状でしかも強められた流れへの液滴の合体がより完全になる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】図１はスチーム分解処理の模式的な流れ図を示す。
【図２】図２はエキスパンダーの設計を示す。
【図３】図３は本発明によるフラッシュドラムの設計を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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