JP2001262159A - クラッキングコイル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 圧力損失を増大させることなく、管内流体に
対する熱伝達性能を高めて、エチレン等の収率の低下を
防ぐと共に、装置のコンパクト化、運転管理の容易化等
を可能とする新規なクラッキングコイルを提供する。 【解決手段】 出口側の直管14の内面のみに、突部20を
形成したものである。出口管14の内面に形成される突部
20として、フィン22を例示することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エチレンの製造能
力の向上と製造設備の小型化を同時に達成できるクラッ
キングコイルに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】エチレン、プロピレン等のオレフィン
は、ナフサ、天然ガス、エタン等の炭化水素原料ガスを
熱分解することによって生成される。熱分解操業は、炭
化水素原料ガスを加熱炉内に配備されたクラッキングコ
イル中に水蒸気(スチーム)と共に導入し、クラッキング
コイル内を高速で通過する間に、原料ガスを管外部から
の熱供給によって反応温度域まで加熱することにより行
なわれる。通常、クラッキングコイルは、複数の直管を
屈曲したベンド管で順に接続して、Ｕ字型やＷ字型に構
成されている。クラッキングコイルの上流側は、炭化水
素原料ガスの供給源に連繋され、予熱された原料ガスが
供給管を通ってクラッキングコイルに導入される。クラ
ッキングコイルの下流側には、ガス冷却用の熱交換器
や、生成ガスの分離精製器などが配備されており、製造
されたガス中からエチレン等のオレフィンを精製する。

【０００３】上記熱分解操業においては熱分解反応に伴
い、遊離炭素のクラッキングコイル内壁への析出、所謂
コーキングが起きる。このコーキングは、クラッキング
コイルの出口管で顕著に見られる。これは高温となるク
ラッキングコイルの出口管内面に分解ガスが接触するこ
とによりコーキングが助長されるためである。コーキン
グによりクラッキングコイルの圧力損失が増大すると共
に、クラッキングコイルの熱伝達効率が低下するため、
クラッキングコイルの表面温度が上昇し、使用上限温度
に到達するので、遊離炭素を取り除くデコーキング作業
を行う必要がある。また、上記熱分解操業においては、
炭化水素原料ガスの過剰な熱分解反応を避ける必要があ
る。具体的には、高温域での滞留時間が長くなることに
より、炭化水素の過度の軽質化(メタン、遊離炭素の生
成)や、分解生成物の重縮合反応等が起こり、目的生成
物の収率が低下し、さらにはコーキングを助長する。

【０００４】クラッキングコイルの熱伝達性能を高める
ことにより、クラッキングコイルの表面温度の低下や、
管内流体を迅速に加熱昇温することを目的として、クラ
ッキングコイルの口径を小さくして、内容積に対する伝
熱面積の増加を図ったクラッキングコイルがある。しか
しながら、口径を小さくすると、圧力損失の増大等コー
キングの影響を受けやすくなる問題がある。また、同じ
エチレン製造能力を維持するためには、口径を小さくし
た分、クラッキングコイルの設置数を増やす必要があ
り、設備の大型化と運転管理の煩雑さの点で問題があ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】クラッキングコイルの
伝熱面積を大きくするために、クラッキングコイルの内
面に全長に亘ってフィンを形成したものもある。しかし
ながら、形成されたフィンによって、クラッキングコイ
ル中を流れるガスの圧力損失が増大し、高温域での滞留
時間が増大することにより収率の低下を招く問題があ
る。

【０００６】本発明は、上記に鑑み、圧力損失を増大さ
せることなく、管内流体に対する熱伝達性能を高めて、
エチレン等の収率の低下を防ぐと共に、装置のコンパク
ト化、運転管理の容易化等を可能とする新規なクラッキ
ングコイルを提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明のクラッキングコイル(10)は、出口側の直管
(14)の内面のみに、突部(20)を形成したものである。出
口管(14)の内面に形成される突部(20)として、フィン(2
2)を例示することができる。

【０００８】

【作用】出口管(14)のみに突部(20)を形成することによ
り、出口管の熱伝達性を高めて、出口管の温度上昇を抑
えるできる。従って、出口管における過分解やコーキン
グの発生は防止される。また、出口側部分以外には、突
部を設けていないから、出口側以外の部分における圧力
損失は増大せず、高温域での滞留時間の増大を抑制し、
収率の低下を抑制できる。

【０００９】また、本発明のクラッキングコイルによれ
ば、原料ガスの供給量を増やしても、過分解や圧力損失
の増大や表面温度の著しい上昇は避けることができるか
ら、ガス流量を増やして収量増を図ることができる。

【００１０】さらに、本発明のクラッキングコイルは、
出口管のみに突部(20)を形成したことにより、従来のク
ラッキングコイルより各直管の長さを短くしても、表面
温度の著しい上昇を避けながら、十分な熱分解を行なう
ことができるから、建設設備の低コスト化や設置スペー
スの削減を達成できる。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１は、本発明をＷ字型のクラッ
キングコイルに適用した実施例の断面図を示している。
Ｗ字型のクラッキングコイルの場合、直管(12)(12)(12)
(14)を４本平行に並べて構成され、炭化水素原料ガスが
導入される入口側(図中左側)の直管(12)から出口側(図
中右側)の直管(14)に向かう流路が形成されるように、
隣り合う直管どうしは、夫々屈曲したベンド管(16)(16)
(16)で接続されている。出口管(14)以外の直管(12)の内
面には、図２(ｂ)に示すように、突部は形成されていな
い。

【００１２】出口管(14)には、図２(ａ)に示すように、
ほぼ全長に亘って内面に突部が形成されている。突部(2
0)として、フィン(22)を例示できる。フィン(22)は、管
軸方向に管壁内面を螺回する螺旋突条の形態であっても
よい。また、管軸の周りを周回する円環状突条として形
成することもできる。突部(20)の高さｈ及びピッチｐ
は、出口管(14)の口径Ｄに合わせて適宜設定される。口
径Ｄが約１５０mm以下の場合、高さｈは約１〜１５mm、
ピッチｐは約２０〜３５０mmとすることが望ましい。出
口管(14)のみに突部(20)を形成することによって、出口
管(14)以外の直管(12)(12)(12)では、圧力損失の増大が
生じることはない。出口管(14)では突部(20)により伝熱
面積が増大し、熱伝達性能が向上すると共に、流体が突
部(20)から受ける強い撹拌作用によっても熱伝達性能が
向上する。出口管(14)では、突部(20)の形成により圧力
損失の増大が生ずるが、クラッキングコイル(10)の全長
に亘って突部を形成した場合に比べて、生ずる圧力損失
の増大は小さく、熱分解操業の遂行に支障のないレベル
のものである。出口管(14)の熱伝達性能を高めることに
よって、出口管(14)の過度の温度上昇は防止され、過分
解等の発生は阻止される。

【００１３】出口管(14)は、遠心力鋳造によって管を作
製し、作製された管の内面に肉盛溶接等で突部(20)を形
成することによって得ることができる。なお、出口管(1
4)は、熱間押出により作製することもできる。出口管(1
4)は、Ｃを０.４重量％以上含有する材料から構成する
ことが望ましい。Ｃの含有量を０.４重量％以上とする
ことによって、出口管(14)の高温強度及び耐熱性を高め
ることができる。このように、Ｃの含有量が０.４重量
％を越える材料の場合、熱間押出では作製することが困
難であるため、遠心力鋳造により作製する。

【００１４】出口管(14)以外の直管(12)(12)(12)も、遠
心力鋳造や熱間押出により作製することができる。な
お、上記と同様、高温強度及び耐熱性を高めるためにＣ
の含有量が０.４重量％以上の材料を使用する場合に
は、熱間押出ではなく遠心力鋳造により作製する。

【００１５】出口管(14)及び出口管以外の直管(12)(12)
(12)の長さＬは、設置本数や口径、導入される炭化水素
原料ガスの量などによって適宜設定される。本発明のク
ラッキングコイル(10)は、出口管(14)の改良により、圧
力損失を抑えつつ、熱伝達性能の向上が達成できるた
め、熱分解効率が向上する。従って、従来のクラッキン
グコイルに比べて、クラッキングコイルの全長を約１０
〜３０％短くすることができ、建設設備の低コスト化や
設置スペースの削減を達成できる。

【００１６】上記構成の直管(12)(12)(12)と出口管(14)
を略平行に並べ、隣り合う直管の端部をベンド管(16)(1
6)(16)で連結することにより、クラッキングコイル(10)
が形成される。形成されたクラッキングコイル(10)を加
熱炉(図示せず)内に配置して、輻射熱等によりクラッキ
ングコイル(10)を加熱昇温させつつ、入口側の直管(12)
から炭化水素ガスを導入することにより、熱分解操業が
行なわれる。

【００１７】上記では、Ｗ字型のクラッキングコイル(1
0)について説明を行なったが、直管の本数は４本に限定
されず、直管が２本であるＵ字型クラッキングコイル
や、直管が３本、又は５本以上のクラッキングコイルに
ついても、出口管の内面に突部を形成することにより、
同様の効果を得ることができることは勿論である。

【００１８】

【実施例】《実施例１》Ｗ字型のクラッキングコイルに
炭化水素原料ガスとしてナフサを導入して熱分解を行な
い、クラッキングコイル中のガス圧と、クラッキングコ
イルの表面温度を測定した。測定には、表１に示すよう
に、クラッキングコイルの内面に突部であるフィンを全
く設けていない比較例１及び比較例２と、クラッキング
コイルの全長に亘って内面にフィンを形成した比較例３
と、クラッキングコイル(10)の出口管(14)にのみ内面に
フィン(22)を形成した発明例４のクラッキングコイルを
使用した。クラッキングコイルは、直管の長さが夫々
９.５ｍ、口径７０mm、肉厚８mmのものを用いた。発明
例４及び比較例３の突部は、高さｈが３mm、ピッチｐが
１２０mmの螺旋状に形成した。表１乃至表３中、「直管
番号」は、入口側の直管を１とし、出口管を４とした番
号を示しており、突部を設けた直管には丸印を付してい
る。

【００１９】

【表１】

【００２０】発明例及び比較例の各クラッキングコイル
に、表１に示す流量のナフサをスチームと共に導入し、
クラッキングコイルの出口におけるガス圧力が０.２MPa
abs.、クラッキングコイルの入口におけるガスの温度
が６００℃、出口におけるガスの温度が８２０℃となる
ように設定した。なお、スチーム：ナフサの比は、０.
４：１となるようにしている。各クラッキングコイルに
ついて、圧力の測定結果を表２及び図３、温度の測定結
果を表３及び図４に夫々示す。

【００２１】

【表２】

【００２２】

【表３】

【００２３】内圧について、発明例４は、突部を形成し
ていない比較例１及び比較例２よりも入口側の内圧が高
くなっているが、これは、発明例４が出口管に突部を設
けたことによるものである。しかしながら、突部を全長
に亘って形成した比較例３に比べると入口側の内圧は低
く抑えられていることがわかる。

【００２４】一方、クラッキングコイルの表面温度につ
いては、発明例４は、ナフサの流量が約１０％少ない比
較例１及びナフサの流量が発明例４と同じである比較例
２に比べて、出口管の表面温度が低くなっていることが
わかる。これは、出口管にのみ突部を形成することによ
って、出口部分における熱伝達性能が高まり、出口管の
温度上昇を抑えることができたことによる。また、発明
例４と比較例３とを比較すると、出口管のみに突部を形
成するだけで、全長に亘って突部を形成したのと同じく
らい温度上昇を抑える効果のあることがわかる。

【００２５】上記内圧と温度を総合的に判断すると、発
明例４は、出口管にのみ突部を形成したことにより、熱
分解操業上、支障のないレベルまで内圧を抑えることが
でき、且つ、出口管の温度上昇を抑えることができてい
る。比較例１、比較例２は、突部を形成していないから
内圧の上昇は抑えることができたが、出口管における熱
伝達性能が低いから出口管の表面温度が高く、流通ガス
の過分解やコーキングを生ずる虞れがある。また、比較
例３は、全長に亘って突部を形成した結果、熱伝達性能
はクラッキングコイル全体に亘って良好なものとなり、
クラッキングコイルの温度上昇は抑制できるが、圧力損
失の増大に起因して内圧が上昇しており、熱分解操業に
おいて、収率の低下等を招く虞れがある。

【００２６】《実施例２》クラッキングコイルを構成す
る直管の長さを変えて、実施例１と同様に熱分解を行な
い、クラッキングコイル中のガス圧と、クラッキングコ
イルの温度を測定した。測定には、表４に示すように、
クラッキングコイルの全長に亘って内面に突部を設けて
いない比較例５及び比較例６と、クラッキングコイルの
全長に亘って内面にフィンを形成した比較例７と、クラ
ッキングコイル(10)の出口管(14)にのみ内面にフィン(2
2)を形成した発明例８のクラッキングコイルを使用し
た。クラッキングコイルの直管の長さは、比較例５を
９.５ｍとし、比較例６、比較例７及び発明例８は比較
例５よりも１ｍ短い８.５ｍとした。クラッキングコイ
ルの口径、肉厚及び発明例８と比較例７の突部について
は、実施例１と同じである。表４乃至表６中、「直管番
号」は、入口側の直管を１とし、出口管を４とした番号
を示しており、突部を設けた直管には丸印を付してい
る。

【００２７】

【表４】

【００２８】発明例及び比較例の各クラッキングコイル
に、表１に示す流量のナフサをスチームと共に導入し、
クラッキングコイルの出口におけるガス圧力が０.２MPa
abs.、クラッキングコイルの入口におけるガスの温度
が６００℃、出口におけるガスの温度が８２０℃となる
ように設定した。なお、ナフサの流量は、１２００kg/h
とし、スチーム：ナフサの比は、０.４：１となるよう
にしている。各クラッキングコイルについて、圧力の測
定結果を表５及び図５、温度の測定結果を表６及び図６
に夫々示す。

【００２９】

【表５】

【００３０】

【表６】

【００３１】内圧について、発明例８は、各直管の長さ
が１ｍ長い比較例５及び発明例８と直管の長さが同じで
ある比較例６よりも入口側の内圧が高くなっている。こ
れは、発明例８の出口管に突部を形成したことによるも
のである。しかしながら、突部を全長に亘って形成した
比較例７に比べると入口側の内圧は低く抑えられてい
る。

【００３２】クラッキングコイルの温度について、比較
例５と比較例６とを比べると、比較例５よりも直管の長
さを１ｍ短くした比較例６は、出口管の温度が非常に高
くなっていることがわかる。つまり、単にクラッキング
コイルの長さを短くしただけでは、クラッキングコイル
の温度上昇を招き、過分解等を引き起こしてしまうこと
がわかる。一方、比較例７及び発明例８は、内部に突部
を形成したことにより、比較例５よりもクラッキングコ
イルの長さが短いにも拘わらず、表面温度が低くなって
いることがわかる。発明例８と比較例７とを比べると、
出口管の表面温度はほぼ同じであり、出口管にのみ突部
を形成することによって、全長に亘って突部を形成した
のとほぼ同じ効果のあることがわかる。

【００３３】上記内圧と温度を総合的に判断すると、発
明例８は、クラッキングコイルの全長を短くしても、出
口管にのみ突部を形成したことにより、熱分解操業上、
支障のないレベルまで内圧を抑えることができ、且つ、
出口管の温度上昇を抑えることができている。比較例５
及び比較例６は、突部を形成していないから内圧の上昇
は抑えることができたが、出口管における熱伝達性能が
低いから出口管の表面温度が高く、流通ガスの過分解や
コーキングを生ずる虞れがある。特に、クラッキングコ
イルの全長を短くした比較例６は、表面温度が大きく上
昇している。また、比較例７は、全長に亘って突部を形
成した結果、熱伝達性能はクラッキングコイル全体に亘
って良好なものとなり、クラッキングコイルの温度上昇
は抑制できるが、圧力損失の増大に起因して内圧が上昇
しており、熱分解操業において、収率の低下等を招く虞
れがある。

【００３４】上記実施例の説明は、本発明を説明するた
めのものであって、特許請求の範囲に記載の発明を限定
し、或は範囲を減縮する様に解すべきではない。又、本
発明の各部構成は上記実施例に限らず、特許請求の範囲
に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用したＷ字型クラッキングコイルの
断面図である。

【図２】(ａ)は出口管の拡大断面図であり、(ｂ)は出口
管以外の直管の拡大断面図である。

【図３】クラッキングコイルのガス圧を比較した実施例
１の結果を示すグラフである。

【図４】クラッキングコイルの表面温度を比較した実施
例１の結果を示すグラフである。

【図５】クラッキングコイルのガス圧を比較した実施例
２の結果を示すグラフである。

【図６】クラッキングコイルの表面温度を比較した実施
例３の結果を示すグラフである。

【符号の説明】

(10) クラッキングコイル (14) 出口管 (20) 突部 (22) フィン

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 加熱炉内に配備され、内部に炭化水素原
   料ガスを導入して熱分解を行なうクラッキングコイルで
   あって、複数の直管(12)(14)を順にベンド管(16)で接続
   してなるものにおいて、最も下流側の出口管(14)にの
   み、内面に突部(20)を形成したことを特徴とするクラッ
   キングコイル。
2. 【請求項２】 突部(20)は、出口管(14)の内面から突設
   されたフィン(22)である請求項１に記載のクラッキング
   コイル。
3. 【請求項３】 出口管(14)は、Ｃを０.４重量％以上含
   有する鋳造管である請求項１又は請求項２に記載のクラ
   ッキングコイル。
4. 【請求項４】 出口管(14)は、遠心力鋳造により製造さ
   れる請求項１乃至請求項３の何れかに記載のクラッキン
   グコイル。