熱分解ヒーターのコイルおよびクラッキング方法
炭化水素供給原料を、より軽い炭化水素に熱分解するシステムで使用されるコイルの通路の少なくとも一部に、フィラー材料をランダム充填する。ランダム充填により、熱伝達が増大し、コイル内部のコークス蓄積速度が減少し、全体的なシステム効率が改善される。充填体材料は、化学分解速度を増大させる適切な触媒を含むか、またはそれにより処理されてよく、したがって、システム効率をさらに改善する。
【発明の詳細な説明】
【開示の内容】
【０００１】
〔開示の背景〕
開示する実施形態は、概して熱分解コイルに関し、さらに詳細には、充填体（packing）、および熱分解コイルの熱伝達を改善する方法に関する。
【０００２】
フィン付き放射管を熱分解ヒーターに使用して、混合、気体攪乱（gas turbulation）、および表面積の増大を促進し、それにより、熱伝達を改善することが知られている。フィン付きの管は、米国特許第６，４１９，８８５号に開示されている。フィン付きの管における充填体材料には言及されていない。
【０００３】
高温金属合金、モノリシックのセラミック、金属マトリックス複合材、またはセラミックマトリックス複合材から管のフィンを作製することが、米国特許第５，６５５，５９９から知られている。米国特許第５，４１３，８１３号、５，２０８，０６９号、および５，６１６，７５４号は、コークス堆積の削減を助けるための、熱分解コイル上のセラミックコーティングを開示している。さらに、米国特許第６，９２３，９００号は、炭素含有量の高いさまざまな合金組成のフィン付きの管、およびそれらの管を製造する方法を開示している。アルミニウム溶融システムで使用されるセラミック管が、米国特許第４，４３２，７９１号に記載されている。放射加熱技術は、米国特許第３，１６７，０６６号に記載されている。
【０００４】
熱分解クラッキングプロセスにおいて熱伝達が改善される、加熱コイルおよび加熱方法を提供することが有用であろう。
【０００５】
〔開示の概要〕
熱分解加熱システム用コイルは、供給原料をそのコイルに導入する入口、オレフィン生成物をコイルから出す出口、および、入口と出口との間の、概ね円筒形の少なくとも１つの通路を有する。少なくとも１つの通路の少なくとも一部には、熱伝導性フィラー材料がランダム充填されている。
【０００６】
概ね円筒形の少なくとも１つの通路が入口と出口との間に位置付けられた熱分解システムのコイルにおいて熱伝達を増大させる方法は、少なくとも１つの通路の少なくとも一部に熱伝導性フィラー材料をランダム充填することを含む。
【０００７】
それぞれが入口、出口、および少なくとも１つの通路を備えた概ね円筒形の少なくとも１つのコイルを備える封入炉（enclosed furnace）を有するシステムにおいて、炭化水素供給原料をオレフィンに熱分解する方法は、少なくとも１つのコイル通路の少なくとも一部に熱伝導性フィラー材料をランダム充填することと、炭化水素原料をコイルの入口に導入することと、炭化水素供給原料をオレフィンに分解するのに十分な温度までコイルを加熱することと、コイル出口でオレフィンを収集することと、を含む。
【０００８】
〔詳細な説明〕
１つまたは複数の通路にランダム充填体が含まれる、熱分解ヒーター用の加熱コイルが提供される。充填体を組み込むことにより、加熱コイルは深刻さがより高くても動作でき、かつ／または、同様の非充填コイルよりも運転時間を長くすることができる。
【０００９】
本明細書で使用される用語「ランダム充填体（random packing）」は、ランダムに配列された加熱コイル用のフィラー材料を指す。用語「空隙容量」は、ランダム充填体が充填されていない、コイル内の容量であり、すなわち、非充填コイルにおいて、「空隙容量」は、コイルの全容量である。本明細書で使用される用語「セラミック」は、非金属の耐熱材料を指す。本明細書で使用される用語「オレフィン」は、少なくとも１つの炭素−炭素二重結合を含む炭化水素を指す。用語「熱分解」および「クラッキング」は、本明細書では同義的に使用されており、有機化合物をより単純な化合物へ化学的に分解することを指す。用語「コークス」は、熱分解プロセス中に加熱コイルの壁上に通常残り、しばしば蓄積する、固体炭素副生成物であり、用語「コークス」は、固体炭素残余副生成物を生成するプロセスも指すことができる。用語「炭素除去（decoking）」は、コークスの蓄積を除去するため熱分解ヒーターを停止させることを指す。用語「炭化水素供給原料」は、場合により炭化水素の混合物を含有する、概して未加工の炭化水素材料を指し、これは、熱分解システム内に供給され、オレフィンなど、より軽い炭化水素へと加工される。用語「選択度（selectivity）」は、概して、所望の生成物の生産速度を指し、さらに詳細には、「選択度」は、転換される原料の単位モル当たりに生成される所望の生成物のモル数として計算される。用語「圧力低下」は、概して、２つの点の間の圧力差を指し、さらに詳細には、熱分解において、「圧力低下」は、コイルの入口と出口との間の圧力差である。
【００１０】
概して、熱分解（クラッキング）は、化学的プロセスであり、これによって、供給原料中の、より複雑な炭化水素が、エチレンおよびプロピレンを含むがこれらに限定されない、しばしば不飽和の、より単純な炭化水素（オレフィン）へと、熱で分解される。炭化水素供給原料を熱分解する一般的な方法は、リアクトルコイル（reactor coil）を炉で加熱することによるものである。入口および出口を備えた概ね円筒形の少なくとも１つのコイルが内部に位置付けられる、熱分解炉が存在する。コイルは概して３つのセクション：すなわち、供給原料を予熱する対流セクション；予熱した供給原料を分解する放射セクション；および、放射セクションからの高温の廃物を冷却する急冷セクション、を特徴とする。コイルは、１つ、２つ、または複数の通路を有してよい。蒸気クラッキングとして知られる方法では、炭化水素供給原料が蒸気で希釈され、炉内のコイルを通して供給される。混合物は、炉によって放射セクション内部で所定温度まで加熱され、コイル出口で迅速に急冷され、さらなる分解を防ぐ。
【００１１】
炭化水素供給原料がオレフィン生成物へと分解されると、炭素副生成物（コークス）の固形堆積物が、コイルの内側にゆっくりと堆積する。さらに、オレフィンが生成されると、気体のモル数が純増加する。コークスの蓄積と、モル増加とが組み合わせられると、コイル内部の圧力が著しく上昇する。圧力増加により、オレフィンの選択度および産出量（output）が減少する。これは、「選択度損失（selectivity loss）」として知られている。
【００１２】
したがって、所定の時間に、または所定レベルのコークスがコイル内に存在したときに、リアクトルは、停止されて、コイルを炭素除去しなければならない。炭素除去では、一般的に、炭化水素混合物供給原料の代わりに、空気と蒸気との混合物をコイルに通すことが必要である。空気−蒸気混合物は、固体炭素と反応して、コイルから放出される一酸化炭素および／または二酸化炭素ガスを形成する。以下で詳細に論じるように、１つまたは複数のコイルに、ある材料をランダム充填することにより、熱伝達係数が改善されるだけでなく、コークス堆積速度が減少し、したがって、炭素除去のため停止する前の運転時間を長くすることができる。これにより、熱分解システムの全体的な効率が改善される。
【００１３】
熱分解中、コークス前駆体は、コイルの溶銑壁（hot metal walls）の内表面に拡散する。前駆体は、脱水素を受けてコークスを形成する。よって、コークス生成は、拡散および反応の２段階プロセスである。コークス堆積速度を制御するのがどちらの段階であるかにかかわらず、関係は非線形であるが、金属壁温度はコークス堆積速度に直接比例することが、広く受け入れられている。
【００１４】
以下の実施例で説明するように、本明細書で開示する方法でコイルにランダム充填することで、コイル内部の熱伝達係数が実質的に増大する。充填層（packed beds）の熱伝達係数は、主に充填層内部で混合が促進されるため、非充填層に比較して増加することが当技術分野で理解されている。熱分解コイルの場合、このような熱伝達係数の増加により、コイル内の温度がさらに急速に上昇し、壁の最高温度が減少する。温度がさらに急速に上昇することで、クラッキング速度が促進され、したがって、オレフィン生産速度が増大する。さらに、充填体材料は、化学分解速度をさらに増大させるのに適した、いくらかの量の触媒であるか、または触媒を含有することができる。同時に、壁の最高温度の減少により、コークス化速度が減少し、ゆえに、より長い運転時間が可能となる。
【００１５】
図面を参照し、まず図１を参照すると、２通路熱分解ヒーターコイル（two-pass pyrolysis heater coil）が図示され、これは、概して１０と指定されている。コイルは、入口１２と、熱クラッキングゾーン１４と、Ｕ字型カーブ１６と、第２の通路１８と、を含む。クラック生成物は、出口２０を通じて除去される。
【００１６】
図１の実施形態では、ランダム充填体２２が、第２の通路１８に配されている。好ましくは、ランダム充填体は、（以下で詳細に説明する）コークス化を減少させるために非金属材料を含む。適切な充填体材料の非限定的な例には、セラミックおよびシリカが含まれる。セラミックは、その熱伝導率が高いため、いっそう好ましい。適切なセラミックの非限定的な例には、炭化ケイ素、ヘキサアロイ（hexalloy）などが含まれる。以下で論じるように、ランダム充填体材料は、事実上あらゆる形状の、複数の個々の断片または粒子を含むことができる。ランダム充填層の粒子は概して、気体混合物が通過する際にコイル内部を転移または移動しないことが理解される。これは、気体混合物または液体が微小固体粒子と混ざって流体のように作用する、流動層（fluidized bed）とは異なる。
【００１７】
図２は、環状部分３２、入口３４、および出口３６を備えた、１通路熱分解加熱コイル３０を示す。ここで、ランダム充填体３８は環状部分３２に配される。
【００１８】
図３は、入口５２および出口５４を備えた、２通路熱分解加熱コイル５０を示す。第１の通路５６は、ランダム充填材料５８を収容する環状部分を含む。第２の通路の環状部分６０は、追加のランダム充填材料６２を収容する。第１の通路５６および第２の通路６０内部に充填された材料５８および６２は、同じ材料でも異なる材料でもよい。この実施形態では、第１の通路は、図１のコイルの第１の通路より大きな直径を有する。充填コイルの通路の直径を増大させると、充填体の存在により、圧力低下の実質的な増加が妨げられる。より高い圧力低下レベルではオレフィン生産速度が減少するので、これは好ましい。概して、充填および非充填の第１の通路の各空隙容量は同様である。
【００１９】
ランダムフィラー材料は、本明細書に開示する利益を達成するために熱分解コイルの通路全体の中に充填される必要がないことを明らかにすべきである。例えば、図４は、入口７２および出口７４を備えた２通路熱分解コイル７０を描いている。この実施形態では、フィラー材料７６は、第２の通路８０の軸方向部分７８内部にランダム充填される。熱分解コイルの通路の一部を充填する概念は、第２の通路、または単一の通路のみを充填することに限定されない。
【００２０】
図５は、２つの異なる材料１０４および１０６がランダム充填された環状部分を第２の通路１０２が有する、２通路熱分解加熱コイル１００を示す。つまり、本開示は充填体材料の相対量または種類を限定していないことが明らかである。
【００２１】
熱分解コイル内部で熱伝達を増大させる、したがって、オレフィン生産効率を改善する、一般的慣例は、コイル直径を減少させることである。しかしながら、コイル直径を減少させることは、圧力低下を増大させるという矛盾する影響ももたらし、ゆえに、熱伝達の改善というプラスの影響を減少させるかまたは無効にする。図３の実施形態に関して先に論じたように、大きな直径のコイルをランダム充填することにより、圧力低下を著しく増大させることなく、熱伝達係数を増大させることができる。
【００２２】
図６Ａは、当技術分野で既知の標準的な熱分解コイル１２０を描いている。注目すべきなのは、この特定のコイルが、大きい直径の各出口通路１２４に通じる、比較的小さい直径を有する概ね平行な４つの入口通路１２２を特徴とすることである。このような、小さい直径の入口通路１２２は、このようなシステムにおける効率的なクラッキングのため十分な熱伝達を達成するのに必要である。
【００２３】
少なくとも１つの通路（この場合、入口通路および出口通路双方；充填体は不図示）をランダム充填することにより、実質的に大きい直径を有するコイル通路において、著しい熱伝達の改善が達成され得る。図６Ｂは、各出口通路１３４のための単一の入口通路１３２を特徴とする、別の熱分解コイル１３０を描いている。大きい直径の、充填された単一の入口通路（図６Ｂ）は、充填された出口通路と関連して、圧力低下を増大させずに、小さい直径の非充填通路（図６Ａ）と比べて、（改善されていない場合に）同様の熱伝達を達成することができる。したがって、図６Ｂのコイルの効率と、恐らくは運転時間と、は、図６Ａのコイルよりも改善される。
【００２４】
全体として見て、熱分解コイルの少なくとも１つの通路をランダム充填することにより、コークス生産速度がおおよそ２０〜１００％減少し得る。同様に、充填コイルにおける運転時間は、同様の空隙容量を有する非充填コイルと比べて、おおよそ２０〜１００％だけ長くなり得る。
【００２５】
全実施形態において、第１および第２のランダム充填材料は、サイズ、形状および組成が同じであっても異なっていてもよい。同様に、２つより多い通路を有するコイルを特徴とする、さらなる実施形態も存在する。これらの実施形態では、ランダム充填体は、わずか１つの通路、または全ての通路に位置付けられてよい。さらに、充填体材料は、球形、円筒形、輪、鞍（saddles）、三葉（trilobes）、四葉（quadrilobes）などを含むがこれらに限定されない、事実上あらゆる形状を有することができる。
【００２６】
ランダム充填体を熱分解コイル通路に位置付けることにより達成される、前述した熱伝達係数の増大は、等式１を使用することによって見ることができ：
ｌ／ｈｉ＝ｌ／ｈｗ＋ｄｔ／８ｋｒ ［等式１］
式中、ｈｉは、一次元モデルの熱伝達係数であり、
ｈｗは、二次元モデルの熱伝達係数であり、
ｄｔは、管直径であり、
ｋｒは、充填体材料の熱伝導率である。
【００２７】
等式１は、二次元モデルから一次元モデルの同等の熱伝達係数を予想するために、Froment, G.F.およびK.B. Bischoffの「Chemical Reactor Analysis & Design」（J. Wiley、ニューヨーク、１９７９年）において導き出された。等式１は、充填体材料の熱伝導率（ｋｒ）と熱伝達係数（ｈｉ）との間の直接相関、すなわち、全体的な熱伝達係数は熱伝導率と共に増大すること、を示す。
【００２８】
いくつかの金属および非金属の熱伝導率値を表１に示す。
【表１】
【００２９】
表に示すように、金属は、非金属より優れた熱伝導率を有する。しかしながら、金属は、操作中にコイル内側のコークス堆積を著しく増大させ、頻繁に運転を停止させることが必要となる。このため、炭化ケイ素が、１つの好適な充填体材料であることが示されている。これは、比較的高い熱伝導率を有する非金属である。したがって、炭化ケイ素をコイルに充填することは、熱伝達係数の顕著な改善を示すと共に、コークス堆積を最小限に抑える。
【００３０】
当技術分野では、操作条件から運転時間を計算するいくつかのモデルが開発されている。全てのモデルにおいて、運転時間は、運転開始および運転終了時における金属温度に依存している。論じてきたように、金属壁の最高温度が増大すると、運転時間は減少する。
【００３１】
充填体材料の幾何学的外形を最適化することで、さらに長い運転時間を達成することができ、よって、全体的なオレフィン産出量が改善される。単位時間当たりの高いオレフィン産出量も実現され得る。さらに、充填体材料は、しばしば適切な触媒で処理される。これらの条件下で、熱および触媒クラッキングの両方によりオレフィンが生成され、したがって、全体的なクラッキング効率がさらに改善される。つまり、熱分解コイルのランダム充填は、システムの効率を実質的に増大させることができる。
【００３２】
以下の実施例は、本発明の特定の特徴を説明するために含まれるが、限定的であることを意図するものではない。
【００３３】
比較例１
コンピューター処理シミュレーションを、ランダム充填体材料なしで、Lummus SRT VI２通路コイルを用いて行った。この実施例は、この分野で使用される典型的な運転条件をシミュレートするものである。熱伝達係数は、第１の通路で６０．６ＢＴＵ／ｈ・ｆｔ２、第２の通路で５６．４ＢＴＵ／ｈ・ｆｔ２であることが分かった。表２は、コイルパラメーターと、得られた動作結果と、をまとめたものである。
【表２】
【００３４】
実施例１
この実施例では、第２の通路にランダム充填体材料を入れて、Lummus SRT VI２通路コイルを用いて、コンピューター処理シミュレーションを行った。充填体材料は、炭化ケイ素などの充填体材料の典型的な特性を示すように設定された。非充填の第１の通路の熱伝達係数は、６３．４ＢＴＵ／ｈ・ｆｔ２であることが分かった。充填された第２の通路の熱伝達係数は、１３１．１ＢＴＵ／ｈ・ｆｔ２であることが分かった。表３は、コイルパラメーターと、得られた動作結果とをまとめたものである。
【表３】
【００３５】
実施例２
この実施例では、ランダム充填体材料を双方の通路に有するLummus SRT VI２通路コイルを用いて、コンピューター処理シミュレーションを行った。この実施例の充填体材料特性は、比較例１と同じであった。双方の通路が充填されると、コイル直径が増大して、実質的な圧力低下によるオレフィン収量の減少を防ぐ。しかしながら、コイル直径の増大により、同じ容積の原料を処理するために必要なコイルが著しく少なくなる。双方の通路を充填することにより、単一の通路を充填するよりも、コイル内部の表面積が大きくなる。ここで、熱伝達係数は、第１の通路で１１７．１ＢＴＵ／ｈ・ｆｔ２、第２の通路で１３１．８ＢＴＵ／ｈ・ｆｔ２であることが分かった。表４は、コイルパラメーターと、得られた動作結果と、をまとめたものである。
【表４】
【００３６】
比較試験１と実施例１との比較により分かるように、外部熱伝達面積が小さくなっても、出口管を充填することで、金属壁の最高温度が３．５％だけ減少している。このことは、非充填の第２の通路に対する、充填された第２の通路における熱伝達係数の２倍超の増加によってさらに示される。金属壁の最高温度のこのような減少により、コークス生産および堆積の速度が減少し、炭素除去のために停止する前の運転を長くすることができる。さらに、より低い壁の最高温度により、より低い融点の合金から作られたコイルを使用することができるようになる。
【００３７】
同じく、実施例２と比較例１および実施例１との比較は、充填された第１の通路における熱伝達係数の顕著な増大を示している。同様に、双方の通路が充填されたコイル（実施例２）における金属壁の最高温度は、非充填コイル（比較例１）のものより１８．５％低く、１つの通路が充填されたコイル（実施例１）のものより１５．６％低い。コークス堆積速度は、金属壁の最高温度と共に増大するので、実施例１および２のようにランダム充填体を使用した場合には、より長い運転時間が予測され得る。
【００３８】
前述の表で例示したように、出口温度は、非充填コイルに対して、充填された第２の通路を使用した場合に３．６％だけ減少する。双方の通路が充填されたコイルは、非充填コイルと比べて４．５％の出口温度減少をもたらし、第２の通路のみに充填体を有する２通路コイルと比べて０．９％の出口温度減少をもたらす。
【００３９】
実施例１および２と比較例１との比較により示されるように、ランダム充填体の使用により、非充填コイルと比べて、充填された各通路における熱伝達効率がほぼ２倍になる。
【００４０】
充填コイルを設計する際、通路直径は、充填体容量を補うために、同量の原料を処理するのに使用される従来の非充填コイルの通路直径より大きくてよい。各コイルの空隙容量は、内圧が確実に相対的に等しいままになるように、相対的に同様でなければならない。直径が大きい充填コイルは、等しい空隙容量の非充填コイルに対する操作中に、同様の圧力低下を示し、それにより、低い部分圧力を保つ。低い部分圧力の制御は、熱分解プロセスにおける高い選択度に資する。
【００４１】
前記に開示したさまざまな特徴および機能ならびに他の特徴および機能、またはそれらの代替案が、望ましくは組み合わせられて、多くの他の異なるシステムまたはアプリケーションとされてよいことが、理解されるであろう。現在予見できないかまたは予想できない、それらのさまざまな代替案、改変、バリエーション、または改善が、当業者によって今後作られてもよく、それらもまた、請求項により含まれることが意図される。
【００４２】
〔実施の態様〕
（１） 熱分解加熱システム用のコイルにおいて、
供給原料が前記コイルに導入される入口、およびオレフィン生成物が前記コイルから出る出口と、
前記入口と出口との間の、概ね円筒形の少なくとも１つの通路であって、少なくとも１つの通路の少なくとも一部に、熱伝導性フィラー材料がランダム充填されている、通路と、
を含む、コイル。
（２） 実施態様１に記載のコイルにおいて、
前記熱伝導性フィラー材料は、セラミックである、コイル。
（３） 実施態様２に記載のコイルにおいて、
前記熱伝導性フィラー材料は、ヘキサアロイである、コイル。
（４） 実施態様２に記載のコイルにおいて、
前記熱伝導性フィラー材料は、炭化ケイ素である、コイル。
（５） 実施態様１に記載のコイルにおいて、
概ねＵ字型のセグメントにより接続された２つの通路、
を含む、コイル。
【００４３】
（６） 実施態様５に記載のコイルにおいて、
前記コイルの前記通路双方には、熱伝導性フィラー材料がランダム充填されている、コイル。
（７） 実施態様５に記載のコイルにおいて、
前記コイルの前記通路のうち一方には、熱伝導性フィラー材料がランダム充填されている、コイル。
（８） 実施態様５に記載のコイルにおいて、
各コイル通路は、軸方向長さを有し、熱伝導性フィラー材料は、前記コイルの１つの通路の前記軸方向長さの一部分にランダム充填される、コイル。
（９） 実施態様１に記載のコイルにおいて、
前記熱伝導性フィラー材料は、２種類以上の材料を含む、コイル。
（１０） 概ね円筒形の少なくとも１つの通路が入口と出口との間に位置付けられた熱分解システムのコイルにおける熱伝達を増大させる方法において、
少なくとも１つの通路の少なくとも一部に熱伝導性フィラー材料をランダム充填すること、
を含む、方法。
【００４４】
（１１） 実施態様１０に記載の方法において、
前記熱伝導性フィラー材料は、セラミックである、方法。
（１２） 実施態様１０に記載の方法において、
熱分解プロセス中の、充填された前記コイル内部におけるコークス蓄積速度が、充填されたフィラー材料なしで同様の空隙容量を有するコイルと比べて減少する、方法。
（１３） 実施態様１０に記載の方法において、
炭素除去のための停止前に、ランダム充填体、および少なくとも１つの充填通路を備える前記コイルと同様の空隙容量のないシステムより長い時間にわたり、少なくとも１つの充填コイル通路を備える前記熱分解システムを運転すること、
をさらに含む、方法。
（１４） 実施態様１０に記載の方法において、
前記コイルの壁の最高温度が、ランダム充填体および同様の空隙容量のないシステムに比べて、約２％〜約１５％だけ、または約１２％〜約３０％だけ、減少する、方法。
（１５） 概ね円筒形の少なくとも１つのコイルを備える封入炉を有するシステムにおいて炭化水素供給原料を熱分解してオレフィンにする方法であって、各コイルは、入口、出口および少なくとも１つの通路を備える、方法において、
少なくとも１つのコイル通路の少なくとも一部に熱伝導性フィラー材料をランダム充填することと、
前記炭化水素供給原料を前記コイルの前記入口に導入することと、
前記炭化水素供給原料がオレフィンに分解するのに十分な温度まで、前記コイルを加熱することと、
前記オレフィンを前記コイル出口で収集することと、
を含む、方法。
【００４５】
（１６） 実施態様１５に記載の炭化水素供給原料を熱分解する方法において、
前記炭化水素供給原料を蒸気で希釈すること、
をさらに含む、方法。
（１７） 実施態様１５に記載の炭化水素供給原料を熱分解する方法において、
ランダム充填された前記熱伝導性フィラー材料は、化学分解速度を増大させる触媒である、方法。
（１８） 実施態様１５に記載の炭化水素供給原料を熱分解する方法において、
ランダム充填された前記熱伝導性フィラー材料は、化学分解速度を増大させる触媒で処理される、方法。
（１９） 実施態様１５に記載の炭化水素供給原料を熱分解する方法において、
少なくとも１つの通路の少なくとも一部にランダム充填体を備える前記システムを、ランダム充填体および同様の空隙容量のないシステムに比べて長い時間にわたり運転すること、
をさらに含む、方法。
（２０） 実施態様１５に記載の炭化水素供給原料を熱分解する方法において、
出口の温度は、ランダム充填体および同様の空隙容量のないシステムに比べて、約２％〜約１０％または約０．５％〜約５％だけ減少する、方法。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】第２の通路内にランダム充填体が配されている２通路コイルを示す。
【図２】ランダム充填体を備える単一通路コイルを示す。
【図３】双方の通路にランダム充填体が配されている２通路コイルを示す。
【図４】第２の通路が部分的に充填された２通路コイルを示す。
【図５】第２の通路が２つの異なる材料でランダム充填された２通路コイルを示す。
【図６Ａ】当技術分野で知られる各出口通路に４つの個別の入口通路を備えた、非充填２通路コイルを示す。
【図６Ｂ】各出口通路に１つの入口通路を備える、充填された２通路コイルを示す。
【開示の内容】
【０００１】
〔開示の背景〕
開示する実施形態は、概して熱分解コイルに関し、さらに詳細には、充填体（packing）、および熱分解コイルの熱伝達を改善する方法に関する。
【０００２】
フィン付き放射管を熱分解ヒーターに使用して、混合、気体攪乱（gas turbulation）、および表面積の増大を促進し、それにより、熱伝達を改善することが知られている。フィン付きの管は、米国特許第６，４１９，８８５号に開示されている。フィン付きの管における充填体材料には言及されていない。
【０００３】
高温金属合金、モノリシックのセラミック、金属マトリックス複合材、またはセラミックマトリックス複合材から管のフィンを作製することが、米国特許第５，６５５，５９９から知られている。米国特許第５，４１３，８１３号、５，２０８，０６９号、および５，６１６，７５４号は、コークス堆積の削減を助けるための、熱分解コイル上のセラミックコーティングを開示している。さらに、米国特許第６，９２３，９００号は、炭素含有量の高いさまざまな合金組成のフィン付きの管、およびそれらの管を製造する方法を開示している。アルミニウム溶融システムで使用されるセラミック管が、米国特許第４，４３２，７９１号に記載されている。放射加熱技術は、米国特許第３，１６７，０６６号に記載されている。
【０００４】
熱分解クラッキングプロセスにおいて熱伝達が改善される、加熱コイルおよび加熱方法を提供することが有用であろう。
【０００５】
〔開示の概要〕
熱分解加熱システム用コイルは、供給原料をそのコイルに導入する入口、オレフィン生成物をコイルから出す出口、および、入口と出口との間の、概ね円筒形の少なくとも１つの通路を有する。少なくとも１つの通路の少なくとも一部には、熱伝導性フィラー材料がランダム充填されている。
【０００６】
概ね円筒形の少なくとも１つの通路が入口と出口との間に位置付けられた熱分解システムのコイルにおいて熱伝達を増大させる方法は、少なくとも１つの通路の少なくとも一部に熱伝導性フィラー材料をランダム充填することを含む。
【０００７】
それぞれが入口、出口、および少なくとも１つの通路を備えた概ね円筒形の少なくとも１つのコイルを備える封入炉（enclosed furnace）を有するシステムにおいて、炭化水素供給原料をオレフィンに熱分解する方法は、少なくとも１つのコイル通路の少なくとも一部に熱伝導性フィラー材料をランダム充填することと、炭化水素原料をコイルの入口に導入することと、炭化水素供給原料をオレフィンに分解するのに十分な温度までコイルを加熱することと、コイル出口でオレフィンを収集することと、を含む。
【０００８】
〔詳細な説明〕
１つまたは複数の通路にランダム充填体が含まれる、熱分解ヒーター用の加熱コイルが提供される。充填体を組み込むことにより、加熱コイルは深刻さがより高くても動作でき、かつ／または、同様の非充填コイルよりも運転時間を長くすることができる。
【０００９】
本明細書で使用される用語「ランダム充填体（random packing）」は、ランダムに配列された加熱コイル用のフィラー材料を指す。用語「空隙容量」は、ランダム充填体が充填されていない、コイル内の容量であり、すなわち、非充填コイルにおいて、「空隙容量」は、コイルの全容量である。本明細書で使用される用語「セラミック」は、非金属の耐熱材料を指す。本明細書で使用される用語「オレフィン」は、少なくとも１つの炭素−炭素二重結合を含む炭化水素を指す。用語「熱分解」および「クラッキング」は、本明細書では同義的に使用されており、有機化合物をより単純な化合物へ化学的に分解することを指す。用語「コークス」は、熱分解プロセス中に加熱コイルの壁上に通常残り、しばしば蓄積する、固体炭素副生成物であり、用語「コークス」は、固体炭素残余副生成物を生成するプロセスも指すことができる。用語「炭素除去（decoking）」は、コークスの蓄積を除去するため熱分解ヒーターを停止させることを指す。用語「炭化水素供給原料」は、場合により炭化水素の混合物を含有する、概して未加工の炭化水素材料を指し、これは、熱分解システム内に供給され、オレフィンなど、より軽い炭化水素へと加工される。用語「選択度（selectivity）」は、概して、所望の生成物の生産速度を指し、さらに詳細には、「選択度」は、転換される原料の単位モル当たりに生成される所望の生成物のモル数として計算される。用語「圧力低下」は、概して、２つの点の間の圧力差を指し、さらに詳細には、熱分解において、「圧力低下」は、コイルの入口と出口との間の圧力差である。
【００１０】
概して、熱分解（クラッキング）は、化学的プロセスであり、これによって、供給原料中の、より複雑な炭化水素が、エチレンおよびプロピレンを含むがこれらに限定されない、しばしば不飽和の、より単純な炭化水素（オレフィン）へと、熱で分解される。炭化水素供給原料を熱分解する一般的な方法は、リアクトルコイル（reactor coil）を炉で加熱することによるものである。入口および出口を備えた概ね円筒形の少なくとも１つのコイルが内部に位置付けられる、熱分解炉が存在する。コイルは概して３つのセクション：すなわち、供給原料を予熱する対流セクション；予熱した供給原料を分解する放射セクション；および、放射セクションからの高温の廃物を冷却する急冷セクション、を特徴とする。コイルは、１つ、２つ、または複数の通路を有してよい。蒸気クラッキングとして知られる方法では、炭化水素供給原料が蒸気で希釈され、炉内のコイルを通して供給される。混合物は、炉によって放射セクション内部で所定温度まで加熱され、コイル出口で迅速に急冷され、さらなる分解を防ぐ。
【００１１】
炭化水素供給原料がオレフィン生成物へと分解されると、炭素副生成物（コークス）の固形堆積物が、コイルの内側にゆっくりと堆積する。さらに、オレフィンが生成されると、気体のモル数が純増加する。コークスの蓄積と、モル増加とが組み合わせられると、コイル内部の圧力が著しく上昇する。圧力増加により、オレフィンの選択度および産出量（output）が減少する。これは、「選択度損失（selectivity loss）」として知られている。
【００１２】
したがって、所定の時間に、または所定レベルのコークスがコイル内に存在したときに、リアクトルは、停止されて、コイルを炭素除去しなければならない。炭素除去では、一般的に、炭化水素混合物供給原料の代わりに、空気と蒸気との混合物をコイルに通すことが必要である。空気−蒸気混合物は、固体炭素と反応して、コイルから放出される一酸化炭素および／または二酸化炭素ガスを形成する。以下で詳細に論じるように、１つまたは複数のコイルに、ある材料をランダム充填することにより、熱伝達係数が改善されるだけでなく、コークス堆積速度が減少し、したがって、炭素除去のため停止する前の運転時間を長くすることができる。これにより、熱分解システムの全体的な効率が改善される。
【００１３】
熱分解中、コークス前駆体は、コイルの溶銑壁（hot metal walls）の内表面に拡散する。前駆体は、脱水素を受けてコークスを形成する。よって、コークス生成は、拡散および反応の２段階プロセスである。コークス堆積速度を制御するのがどちらの段階であるかにかかわらず、関係は非線形であるが、金属壁温度はコークス堆積速度に直接比例することが、広く受け入れられている。
【００１４】
以下の実施例で説明するように、本明細書で開示する方法でコイルにランダム充填することで、コイル内部の熱伝達係数が実質的に増大する。充填層（packed beds）の熱伝達係数は、主に充填層内部で混合が促進されるため、非充填層に比較して増加することが当技術分野で理解されている。熱分解コイルの場合、このような熱伝達係数の増加により、コイル内の温度がさらに急速に上昇し、壁の最高温度が減少する。温度がさらに急速に上昇することで、クラッキング速度が促進され、したがって、オレフィン生産速度が増大する。さらに、充填体材料は、化学分解速度をさらに増大させるのに適した、いくらかの量の触媒であるか、または触媒を含有することができる。同時に、壁の最高温度の減少により、コークス化速度が減少し、ゆえに、より長い運転時間が可能となる。
【００１５】
図面を参照し、まず図１を参照すると、２通路熱分解ヒーターコイル（two-pass pyrolysis heater coil）が図示され、これは、概して１０と指定されている。コイルは、入口１２と、熱クラッキングゾーン１４と、Ｕ字型カーブ１６と、第２の通路１８と、を含む。クラック生成物は、出口２０を通じて除去される。
【００１６】
図１の実施形態では、ランダム充填体２２が、第２の通路１８に配されている。好ましくは、ランダム充填体は、（以下で詳細に説明する）コークス化を減少させるために非金属材料を含む。適切な充填体材料の非限定的な例には、セラミックおよびシリカが含まれる。セラミックは、その熱伝導率が高いため、いっそう好ましい。適切なセラミックの非限定的な例には、炭化ケイ素、ヘキサアロイ（hexalloy）などが含まれる。以下で論じるように、ランダム充填体材料は、事実上あらゆる形状の、複数の個々の断片または粒子を含むことができる。ランダム充填層の粒子は概して、気体混合物が通過する際にコイル内部を転移または移動しないことが理解される。これは、気体混合物または液体が微小固体粒子と混ざって流体のように作用する、流動層（fluidized bed）とは異なる。
【００１７】
図２は、環状部分３２、入口３４、および出口３６を備えた、１通路熱分解加熱コイル３０を示す。ここで、ランダム充填体３８は環状部分３２に配される。
【００１８】
図３は、入口５２および出口５４を備えた、２通路熱分解加熱コイル５０を示す。第１の通路５６は、ランダム充填材料５８を収容する環状部分を含む。第２の通路の環状部分６０は、追加のランダム充填材料６２を収容する。第１の通路５６および第２の通路６０内部に充填された材料５８および６２は、同じ材料でも異なる材料でもよい。この実施形態では、第１の通路は、図１のコイルの第１の通路より大きな直径を有する。充填コイルの通路の直径を増大させると、充填体の存在により、圧力低下の実質的な増加が妨げられる。より高い圧力低下レベルではオレフィン生産速度が減少するので、これは好ましい。概して、充填および非充填の第１の通路の各空隙容量は同様である。
【００１９】
ランダムフィラー材料は、本明細書に開示する利益を達成するために熱分解コイルの通路全体の中に充填される必要がないことを明らかにすべきである。例えば、図４は、入口７２および出口７４を備えた２通路熱分解コイル７０を描いている。この実施形態では、フィラー材料７６は、第２の通路８０の軸方向部分７８内部にランダム充填される。熱分解コイルの通路の一部を充填する概念は、第２の通路、または単一の通路のみを充填することに限定されない。
【００２０】
図５は、２つの異なる材料１０４および１０６がランダム充填された環状部分を第２の通路１０２が有する、２通路熱分解加熱コイル１００を示す。つまり、本開示は充填体材料の相対量または種類を限定していないことが明らかである。
【００２１】
熱分解コイル内部で熱伝達を増大させる、したがって、オレフィン生産効率を改善する、一般的慣例は、コイル直径を減少させることである。しかしながら、コイル直径を減少させることは、圧力低下を増大させるという矛盾する影響ももたらし、ゆえに、熱伝達の改善というプラスの影響を減少させるかまたは無効にする。図３の実施形態に関して先に論じたように、大きな直径のコイルをランダム充填することにより、圧力低下を著しく増大させることなく、熱伝達係数を増大させることができる。
【００２２】
図６Ａは、当技術分野で既知の標準的な熱分解コイル１２０を描いている。注目すべきなのは、この特定のコイルが、大きい直径の各出口通路１２４に通じる、比較的小さい直径を有する概ね平行な４つの入口通路１２２を特徴とすることである。このような、小さい直径の入口通路１２２は、このようなシステムにおける効率的なクラッキングのため十分な熱伝達を達成するのに必要である。
【００２３】
少なくとも１つの通路（この場合、入口通路および出口通路双方；充填体は不図示）をランダム充填することにより、実質的に大きい直径を有するコイル通路において、著しい熱伝達の改善が達成され得る。図６Ｂは、各出口通路１３４のための単一の入口通路１３２を特徴とする、別の熱分解コイル１３０を描いている。大きい直径の、充填された単一の入口通路（図６Ｂ）は、充填された出口通路と関連して、圧力低下を増大させずに、小さい直径の非充填通路（図６Ａ）と比べて、（改善されていない場合に）同様の熱伝達を達成することができる。したがって、図６Ｂのコイルの効率と、恐らくは運転時間と、は、図６Ａのコイルよりも改善される。
【００２４】
全体として見て、熱分解コイルの少なくとも１つの通路をランダム充填することにより、コークス生産速度がおおよそ２０〜１００％減少し得る。同様に、充填コイルにおける運転時間は、同様の空隙容量を有する非充填コイルと比べて、おおよそ２０〜１００％だけ長くなり得る。
【００２５】
全実施形態において、第１および第２のランダム充填材料は、サイズ、形状および組成が同じであっても異なっていてもよい。同様に、２つより多い通路を有するコイルを特徴とする、さらなる実施形態も存在する。これらの実施形態では、ランダム充填体は、わずか１つの通路、または全ての通路に位置付けられてよい。さらに、充填体材料は、球形、円筒形、輪、鞍（saddles）、三葉（trilobes）、四葉（quadrilobes）などを含むがこれらに限定されない、事実上あらゆる形状を有することができる。
【００２６】
ランダム充填体を熱分解コイル通路に位置付けることにより達成される、前述した熱伝達係数の増大は、等式１を使用することによって見ることができ：
ｌ／ｈｉ＝ｌ／ｈｗ＋ｄｔ／８ｋｒ ［等式１］
式中、ｈｉは、一次元モデルの熱伝達係数であり、
ｈｗは、二次元モデルの熱伝達係数であり、
ｄｔは、管直径であり、
ｋｒは、充填体材料の熱伝導率である。
【００２７】
等式１は、二次元モデルから一次元モデルの同等の熱伝達係数を予想するために、Froment, G.F.およびK.B. Bischoffの「Chemical Reactor Analysis & Design」（J. Wiley、ニューヨーク、１９７９年）において導き出された。等式１は、充填体材料の熱伝導率（ｋｒ）と熱伝達係数（ｈｉ）との間の直接相関、すなわち、全体的な熱伝達係数は熱伝導率と共に増大すること、を示す。
【００２８】
いくつかの金属および非金属の熱伝導率値を表１に示す。
【表１】
【００２９】
表に示すように、金属は、非金属より優れた熱伝導率を有する。しかしながら、金属は、操作中にコイル内側のコークス堆積を著しく増大させ、頻繁に運転を停止させることが必要となる。このため、炭化ケイ素が、１つの好適な充填体材料であることが示されている。これは、比較的高い熱伝導率を有する非金属である。したがって、炭化ケイ素をコイルに充填することは、熱伝達係数の顕著な改善を示すと共に、コークス堆積を最小限に抑える。
【００３０】
当技術分野では、操作条件から運転時間を計算するいくつかのモデルが開発されている。全てのモデルにおいて、運転時間は、運転開始および運転終了時における金属温度に依存している。論じてきたように、金属壁の最高温度が増大すると、運転時間は減少する。
【００３１】
充填体材料の幾何学的外形を最適化することで、さらに長い運転時間を達成することができ、よって、全体的なオレフィン産出量が改善される。単位時間当たりの高いオレフィン産出量も実現され得る。さらに、充填体材料は、しばしば適切な触媒で処理される。これらの条件下で、熱および触媒クラッキングの両方によりオレフィンが生成され、したがって、全体的なクラッキング効率がさらに改善される。つまり、熱分解コイルのランダム充填は、システムの効率を実質的に増大させることができる。
【００３２】
以下の実施例は、本発明の特定の特徴を説明するために含まれるが、限定的であることを意図するものではない。
【００３３】
比較例１
コンピューター処理シミュレーションを、ランダム充填体材料なしで、Lummus SRT VI２通路コイルを用いて行った。この実施例は、この分野で使用される典型的な運転条件をシミュレートするものである。熱伝達係数は、第１の通路で６０．６ＢＴＵ／ｈ・ｆｔ２、第２の通路で５６．４ＢＴＵ／ｈ・ｆｔ２であることが分かった。表２は、コイルパラメーターと、得られた動作結果と、をまとめたものである。
【表２】
【００３４】
実施例１
この実施例では、第２の通路にランダム充填体材料を入れて、Lummus SRT VI２通路コイルを用いて、コンピューター処理シミュレーションを行った。充填体材料は、炭化ケイ素などの充填体材料の典型的な特性を示すように設定された。非充填の第１の通路の熱伝達係数は、６３．４ＢＴＵ／ｈ・ｆｔ２であることが分かった。充填された第２の通路の熱伝達係数は、１３１．１ＢＴＵ／ｈ・ｆｔ２であることが分かった。表３は、コイルパラメーターと、得られた動作結果とをまとめたものである。
【表３】
【００３５】
実施例２
この実施例では、ランダム充填体材料を双方の通路に有するLummus SRT VI２通路コイルを用いて、コンピューター処理シミュレーションを行った。この実施例の充填体材料特性は、比較例１と同じであった。双方の通路が充填されると、コイル直径が増大して、実質的な圧力低下によるオレフィン収量の減少を防ぐ。しかしながら、コイル直径の増大により、同じ容積の原料を処理するために必要なコイルが著しく少なくなる。双方の通路を充填することにより、単一の通路を充填するよりも、コイル内部の表面積が大きくなる。ここで、熱伝達係数は、第１の通路で１１７．１ＢＴＵ／ｈ・ｆｔ２、第２の通路で１３１．８ＢＴＵ／ｈ・ｆｔ２であることが分かった。表４は、コイルパラメーターと、得られた動作結果と、をまとめたものである。
【表４】
【００３６】
比較試験１と実施例１との比較により分かるように、外部熱伝達面積が小さくなっても、出口管を充填することで、金属壁の最高温度が３．５％だけ減少している。このことは、非充填の第２の通路に対する、充填された第２の通路における熱伝達係数の２倍超の増加によってさらに示される。金属壁の最高温度のこのような減少により、コークス生産および堆積の速度が減少し、炭素除去のために停止する前の運転を長くすることができる。さらに、より低い壁の最高温度により、より低い融点の合金から作られたコイルを使用することができるようになる。
【００３７】
同じく、実施例２と比較例１および実施例１との比較は、充填された第１の通路における熱伝達係数の顕著な増大を示している。同様に、双方の通路が充填されたコイル（実施例２）における金属壁の最高温度は、非充填コイル（比較例１）のものより１８．５％低く、１つの通路が充填されたコイル（実施例１）のものより１５．６％低い。コークス堆積速度は、金属壁の最高温度と共に増大するので、実施例１および２のようにランダム充填体を使用した場合には、より長い運転時間が予測され得る。
【００３８】
前述の表で例示したように、出口温度は、非充填コイルに対して、充填された第２の通路を使用した場合に３．６％だけ減少する。双方の通路が充填されたコイルは、非充填コイルと比べて４．５％の出口温度減少をもたらし、第２の通路のみに充填体を有する２通路コイルと比べて０．９％の出口温度減少をもたらす。
【００３９】
実施例１および２と比較例１との比較により示されるように、ランダム充填体の使用により、非充填コイルと比べて、充填された各通路における熱伝達効率がほぼ２倍になる。
【００４０】
充填コイルを設計する際、通路直径は、充填体容量を補うために、同量の原料を処理するのに使用される従来の非充填コイルの通路直径より大きくてよい。各コイルの空隙容量は、内圧が確実に相対的に等しいままになるように、相対的に同様でなければならない。直径が大きい充填コイルは、等しい空隙容量の非充填コイルに対する操作中に、同様の圧力低下を示し、それにより、低い部分圧力を保つ。低い部分圧力の制御は、熱分解プロセスにおける高い選択度に資する。
【００４１】
前記に開示したさまざまな特徴および機能ならびに他の特徴および機能、またはそれらの代替案が、望ましくは組み合わせられて、多くの他の異なるシステムまたはアプリケーションとされてよいことが、理解されるであろう。現在予見できないかまたは予想できない、それらのさまざまな代替案、改変、バリエーション、または改善が、当業者によって今後作られてもよく、それらもまた、請求項により含まれることが意図される。
【００４２】
〔実施の態様〕
（１） 熱分解加熱システム用のコイルにおいて、
供給原料が前記コイルに導入される入口、およびオレフィン生成物が前記コイルから出る出口と、
前記入口と出口との間の、概ね円筒形の少なくとも１つの通路であって、少なくとも１つの通路の少なくとも一部に、熱伝導性フィラー材料がランダム充填されている、通路と、
を含む、コイル。
（２） 実施態様１に記載のコイルにおいて、
前記熱伝導性フィラー材料は、セラミックである、コイル。
（３） 実施態様２に記載のコイルにおいて、
前記熱伝導性フィラー材料は、ヘキサアロイである、コイル。
（４） 実施態様２に記載のコイルにおいて、
前記熱伝導性フィラー材料は、炭化ケイ素である、コイル。
（５） 実施態様１に記載のコイルにおいて、
概ねＵ字型のセグメントにより接続された２つの通路、
を含む、コイル。
【００４３】
（６） 実施態様５に記載のコイルにおいて、
前記コイルの前記通路双方には、熱伝導性フィラー材料がランダム充填されている、コイル。
（７） 実施態様５に記載のコイルにおいて、
前記コイルの前記通路のうち一方には、熱伝導性フィラー材料がランダム充填されている、コイル。
（８） 実施態様５に記載のコイルにおいて、
各コイル通路は、軸方向長さを有し、熱伝導性フィラー材料は、前記コイルの１つの通路の前記軸方向長さの一部分にランダム充填される、コイル。
（９） 実施態様１に記載のコイルにおいて、
前記熱伝導性フィラー材料は、２種類以上の材料を含む、コイル。
（１０） 概ね円筒形の少なくとも１つの通路が入口と出口との間に位置付けられた熱分解システムのコイルにおける熱伝達を増大させる方法において、
少なくとも１つの通路の少なくとも一部に熱伝導性フィラー材料をランダム充填すること、
を含む、方法。
【００４４】
（１１） 実施態様１０に記載の方法において、
前記熱伝導性フィラー材料は、セラミックである、方法。
（１２） 実施態様１０に記載の方法において、
熱分解プロセス中の、充填された前記コイル内部におけるコークス蓄積速度が、充填されたフィラー材料なしで同様の空隙容量を有するコイルと比べて減少する、方法。
（１３） 実施態様１０に記載の方法において、
炭素除去のための停止前に、ランダム充填体、および少なくとも１つの充填通路を備える前記コイルと同様の空隙容量のないシステムより長い時間にわたり、少なくとも１つの充填コイル通路を備える前記熱分解システムを運転すること、
をさらに含む、方法。
（１４） 実施態様１０に記載の方法において、
前記コイルの壁の最高温度が、ランダム充填体および同様の空隙容量のないシステムに比べて、約２％〜約１５％だけ、または約１２％〜約３０％だけ、減少する、方法。
（１５） 概ね円筒形の少なくとも１つのコイルを備える封入炉を有するシステムにおいて炭化水素供給原料を熱分解してオレフィンにする方法であって、各コイルは、入口、出口および少なくとも１つの通路を備える、方法において、
少なくとも１つのコイル通路の少なくとも一部に熱伝導性フィラー材料をランダム充填することと、
前記炭化水素供給原料を前記コイルの前記入口に導入することと、
前記炭化水素供給原料がオレフィンに分解するのに十分な温度まで、前記コイルを加熱することと、
前記オレフィンを前記コイル出口で収集することと、
を含む、方法。
【００４５】
（１６） 実施態様１５に記載の炭化水素供給原料を熱分解する方法において、
前記炭化水素供給原料を蒸気で希釈すること、
をさらに含む、方法。
（１７） 実施態様１５に記載の炭化水素供給原料を熱分解する方法において、
ランダム充填された前記熱伝導性フィラー材料は、化学分解速度を増大させる触媒である、方法。
（１８） 実施態様１５に記載の炭化水素供給原料を熱分解する方法において、
ランダム充填された前記熱伝導性フィラー材料は、化学分解速度を増大させる触媒で処理される、方法。
（１９） 実施態様１５に記載の炭化水素供給原料を熱分解する方法において、
少なくとも１つの通路の少なくとも一部にランダム充填体を備える前記システムを、ランダム充填体および同様の空隙容量のないシステムに比べて長い時間にわたり運転すること、
をさらに含む、方法。
（２０） 実施態様１５に記載の炭化水素供給原料を熱分解する方法において、
出口の温度は、ランダム充填体および同様の空隙容量のないシステムに比べて、約２％〜約１０％または約０．５％〜約５％だけ減少する、方法。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】第２の通路内にランダム充填体が配されている２通路コイルを示す。
【図２】ランダム充填体を備える単一通路コイルを示す。
【図３】双方の通路にランダム充填体が配されている２通路コイルを示す。
【図４】第２の通路が部分的に充填された２通路コイルを示す。
【図５】第２の通路が２つの異なる材料でランダム充填された２通路コイルを示す。
【図６Ａ】当技術分野で知られる各出口通路に４つの個別の入口通路を備えた、非充填２通路コイルを示す。
【図６Ｂ】各出口通路に１つの入口通路を備える、充填された２通路コイルを示す。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱分解加熱システム用のコイルにおいて、
供給原料が前記コイルに導入される入口、およびオレフィン生成物が前記コイルから出る出口と、
前記入口と出口との間の、概ね円筒形の少なくとも１つの通路であって、少なくとも１つの通路の少なくとも一部に、熱伝導性フィラー材料がランダム充填されている、通路と、
を含む、コイル。
【請求項２】
請求項１に記載のコイルにおいて、
前記熱伝導性フィラー材料は、セラミックである、コイル。
【請求項３】
請求項２に記載のコイルにおいて、
前記熱伝導性フィラー材料は、ヘキサアロイである、コイル。
【請求項４】
請求項２に記載のコイルにおいて、
前記熱伝導性フィラー材料は、炭化ケイ素である、コイル。
【請求項５】
請求項１に記載のコイルにおいて、
概ねＵ字型のセグメントにより接続された２つの通路、
を含む、コイル。
【請求項６】
請求項５に記載のコイルにおいて、
前記コイルの前記通路双方には、熱伝導性フィラー材料がランダム充填されている、コイル。
【請求項７】
請求項５に記載のコイルにおいて、
前記コイルの前記通路のうち一方には、熱伝導性フィラー材料がランダム充填されている、コイル。
【請求項８】
請求項５に記載のコイルにおいて、
各コイル通路は、軸方向長さを有し、熱伝導性フィラー材料は、前記コイルの１つの通路の前記軸方向長さの一部分にランダム充填される、コイル。
【請求項９】
請求項１に記載のコイルにおいて、
前記熱伝導性フィラー材料は、２種類以上の材料を含む、コイル。
【請求項１０】
概ね円筒形の少なくとも１つの通路が入口と出口との間に位置付けられた熱分解システムのコイルにおける熱伝達を増大させる方法において、
少なくとも１つの通路の少なくとも一部に熱伝導性フィラー材料をランダム充填すること、
を含む、方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の方法において、
前記熱伝導性フィラー材料は、セラミックである、方法。
【請求項１２】
請求項１０に記載の方法において、
熱分解プロセス中の、充填された前記コイル内部におけるコークス蓄積速度が、充填されたフィラー材料なしで同様の空隙容量を有するコイルと比べて減少する、方法。
【請求項１３】
請求項１０に記載の方法において、
炭素除去のための停止前に、ランダム充填体、および少なくとも１つの充填通路を備える前記コイルと同様の空隙容量のないシステムより長い時間にわたり、少なくとも１つの充填コイル通路を備える前記熱分解システムを運転すること、
をさらに含む、方法。
【請求項１４】
請求項１０に記載の方法において、
前記コイルの壁の最高温度が、ランダム充填体および同様の空隙容量のないシステムに比べて、約２％〜約１５％だけ、または約１２％〜約３０％だけ、減少する、方法。
【請求項１５】
概ね円筒形の少なくとも１つのコイルを備える封入炉を有するシステムにおいて炭化水素供給原料を熱分解してオレフィンにする方法であって、各コイルは、入口、出口および少なくとも１つの通路を備える、方法において、
少なくとも１つのコイル通路の少なくとも一部に熱伝導性フィラー材料をランダム充填することと、
前記炭化水素供給原料を前記コイルの前記入口に導入することと、
前記炭化水素供給原料がオレフィンに分解するのに十分な温度まで、前記コイルを加熱することと、
前記オレフィンを前記コイル出口で収集することと、
を含む、方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の炭化水素供給原料を熱分解する方法において、
前記炭化水素供給原料を蒸気で希釈すること、
をさらに含む、方法。
【請求項１７】
請求項１５に記載の炭化水素供給原料を熱分解する方法において、
ランダム充填された前記熱伝導性フィラー材料は、化学分解速度を増大させる触媒である、方法。
【請求項１８】
請求項１５に記載の炭化水素供給原料を熱分解する方法において、
ランダム充填された前記熱伝導性フィラー材料は、化学分解速度を増大させる触媒で処理される、方法。
【請求項１９】
請求項１５に記載の炭化水素供給原料を熱分解する方法において、
少なくとも１つの通路の少なくとも一部にランダム充填体を備える前記システムを、ランダム充填体および同様の空隙容量のないシステムに比べて長い時間にわたり運転すること、
をさらに含む、方法。
【請求項２０】
請求項１５に記載の炭化水素供給原料を熱分解する方法において、
出口の温度は、ランダム充填体および同様の空隙容量のないシステムに比べて、約２％〜約１０％または約０．５％〜約５％だけ減少する、方法。
【請求項１】
熱分解加熱システム用のコイルにおいて、
供給原料が前記コイルに導入される入口、およびオレフィン生成物が前記コイルから出る出口と、
前記入口と出口との間の、概ね円筒形の少なくとも１つの通路であって、少なくとも１つの通路の少なくとも一部に、熱伝導性フィラー材料がランダム充填されている、通路と、
を含む、コイル。
【請求項２】
請求項１に記載のコイルにおいて、
前記熱伝導性フィラー材料は、セラミックである、コイル。
【請求項３】
請求項２に記載のコイルにおいて、
前記熱伝導性フィラー材料は、ヘキサアロイである、コイル。
【請求項４】
請求項２に記載のコイルにおいて、
前記熱伝導性フィラー材料は、炭化ケイ素である、コイル。
【請求項５】
請求項１に記載のコイルにおいて、
概ねＵ字型のセグメントにより接続された２つの通路、
を含む、コイル。
【請求項６】
請求項５に記載のコイルにおいて、
前記コイルの前記通路双方には、熱伝導性フィラー材料がランダム充填されている、コイル。
【請求項７】
請求項５に記載のコイルにおいて、
前記コイルの前記通路のうち一方には、熱伝導性フィラー材料がランダム充填されている、コイル。
【請求項８】
請求項５に記載のコイルにおいて、
各コイル通路は、軸方向長さを有し、熱伝導性フィラー材料は、前記コイルの１つの通路の前記軸方向長さの一部分にランダム充填される、コイル。
【請求項９】
請求項１に記載のコイルにおいて、
前記熱伝導性フィラー材料は、２種類以上の材料を含む、コイル。
【請求項１０】
概ね円筒形の少なくとも１つの通路が入口と出口との間に位置付けられた熱分解システムのコイルにおける熱伝達を増大させる方法において、
少なくとも１つの通路の少なくとも一部に熱伝導性フィラー材料をランダム充填すること、
を含む、方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の方法において、
前記熱伝導性フィラー材料は、セラミックである、方法。
【請求項１２】
請求項１０に記載の方法において、
熱分解プロセス中の、充填された前記コイル内部におけるコークス蓄積速度が、充填されたフィラー材料なしで同様の空隙容量を有するコイルと比べて減少する、方法。
【請求項１３】
請求項１０に記載の方法において、
炭素除去のための停止前に、ランダム充填体、および少なくとも１つの充填通路を備える前記コイルと同様の空隙容量のないシステムより長い時間にわたり、少なくとも１つの充填コイル通路を備える前記熱分解システムを運転すること、
をさらに含む、方法。
【請求項１４】
請求項１０に記載の方法において、
前記コイルの壁の最高温度が、ランダム充填体および同様の空隙容量のないシステムに比べて、約２％〜約１５％だけ、または約１２％〜約３０％だけ、減少する、方法。
【請求項１５】
概ね円筒形の少なくとも１つのコイルを備える封入炉を有するシステムにおいて炭化水素供給原料を熱分解してオレフィンにする方法であって、各コイルは、入口、出口および少なくとも１つの通路を備える、方法において、
少なくとも１つのコイル通路の少なくとも一部に熱伝導性フィラー材料をランダム充填することと、
前記炭化水素供給原料を前記コイルの前記入口に導入することと、
前記炭化水素供給原料がオレフィンに分解するのに十分な温度まで、前記コイルを加熱することと、
前記オレフィンを前記コイル出口で収集することと、
を含む、方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の炭化水素供給原料を熱分解する方法において、
前記炭化水素供給原料を蒸気で希釈すること、
をさらに含む、方法。
【請求項１７】
請求項１５に記載の炭化水素供給原料を熱分解する方法において、
ランダム充填された前記熱伝導性フィラー材料は、化学分解速度を増大させる触媒である、方法。
【請求項１８】
請求項１５に記載の炭化水素供給原料を熱分解する方法において、
ランダム充填された前記熱伝導性フィラー材料は、化学分解速度を増大させる触媒で処理される、方法。
【請求項１９】
請求項１５に記載の炭化水素供給原料を熱分解する方法において、
少なくとも１つの通路の少なくとも一部にランダム充填体を備える前記システムを、ランダム充填体および同様の空隙容量のないシステムに比べて長い時間にわたり運転すること、
をさらに含む、方法。
【請求項２０】
請求項１５に記載の炭化水素供給原料を熱分解する方法において、
出口の温度は、ランダム充填体および同様の空隙容量のないシステムに比べて、約２％〜約１０％または約０．５％〜約５％だけ減少する、方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【公表番号】特表２０１２−５１０５５８（Ｐ２０１２−５１０５５８Ａ）
【公表日】平成２４年５月１０日（２０１２．５．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５３９５６７（Ｐ２０１１−５３９５６７）
【出願日】平成２１年１１月１８日（２００９．１１．１８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００９／０６４９０２
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／０６５３０２
【国際公開日】平成２２年６月１０日（２０１０．６．１０）
【出願人】（５０９３１７８７４）ラムス テクノロジー インコーポレイテッド (6)
【氏名又は名称原語表記】ＬＵＭＭＵＳ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＣ．
【住所又は居所原語表記】１５１５ Ｂｒｏａｄ Ｓｔｒｅｅｔ，Ｂｌｏｏｍｆｉｅｌｄ，ＮＪ ０７００３−３０９６（ＵＳ）．
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２４年５月１０日（２０１２．５．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１１月１８日（２００９．１１．１８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００９／０６４９０２
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／０６５３０２
【国際公開日】平成２２年６月１０日（２０１０．６．１０）
【出願人】（５０９３１７８７４）ラムス テクノロジー インコーポレイテッド (6)
【氏名又は名称原語表記】ＬＵＭＭＵＳ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＣ．
【住所又は居所原語表記】１５１５ Ｂｒｏａｄ Ｓｔｒｅｅｔ，Ｂｌｏｏｍｆｉｅｌｄ，ＮＪ ０７００３−３０９６（ＵＳ）．
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]