炭化水素系原料処理システムおよび方法
炭化水素系原料処理システムは、炭化水素系原料の処理のための化石燃料の消費量、環境負荷、およびコストを低減することができる。炭化水素系原料処理システムは、廃棄物（５１）、廃プラスチック（５２）、パイロシリスタール（５３）、炭化水素系重質残渣油（５４）、およびバイオマス（５５）等の有機物を熱分解ガス化し熱源用ガスを生成するガス化炉（１０）を備える。また、炭化水素系原料処理システムは、ガス化炉（１０）で得られた熱源用ガスを用いて炭化水素系原料を熱分解する分解炉（１０１）を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭化水素系原料処理システムおよび方法に関し、特に石油精製プロセスや石油化学プロセスのように炭化水素系原料を分解炉で熱分解または改質炉で改質して処理する炭化水素系原料処理システムおよび方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
エチレンはポリエチレンをはじめ、ポリプロピレンや酢酸エチル等の工業製品の原料であり、化学工業の基本原料の１つである。エチレンはナフサ等の炭化水素系原料を熱分解、精製して製造している。また炭化水素の熱分解において副生するプロピレンやエタン、プロパン等も工業原料として利用されている。
【０００３】
また、水素は石油精製プロセスにおいて、脱硫やアルキル化剤等として大量に必要であり、日本においてはその多くをナフサあるいは液化石油ガス（ＬＰＧ）等の炭化水素を蒸気改質して製造している。したがって、ガソリンや軽油等の製品製造において、ＳＯｘ等の環境負荷低減の目的等から、より高い脱硫度の必要性が生じた場合には脱硫のために大量の水素が必要となり、その結果、大量の化石燃料が使われることになる。
【０００４】
＜エチレン製造プロセス＞
図１はエチレン製造システムを示すブロック図である。図１に示すように、エチレン製造システムは、分解炉１０１、熱交換器１０２、オイルクエンチ塔１０３、水クエンチ塔１０４、圧縮機１０５、酸性ガス除去工程１０６、脱水塔１０７、ガス分離・精製工程１０８からなる。ナフサに稀釈用蒸気を添加し、原料２０１を生成する。原料２０１は分解炉１０１の反応管１０１ａ内に供給され、予熱気化された後高温、低圧、短滞留時間で熱分解される。過分解を防ぐため反応管内１０１ａの出口直後に生成ガス急冷用の熱交換器１０２を設けている。さらに、生成ガスはオイルクエンチ塔１０３、水クエンチ塔１０４で冷却され、生成ガスから熱回収される。
【０００５】
冷却されたガスを多段の圧縮機１０５で０．５気圧程度から３０気圧以上程度まで昇圧する。昇圧後Ｈ２Ｓ、ＣＯ２などの酸性ガスは酸性ガス除去工程１０６で冷却ガスから除去され、さらに冷却ガスが脱水塔１０７で脱水された後、不要ガス成分分離などを行うガス分離・精製工程１０８を経て、その結果製品エチレン２０２が得られる。
【０００６】
図１に示すように、ガス分離・精製工程１０８は、脱メタン塔１０９、脱エタン塔１１０、脱プロパン１１１、メチルアセチレンプロパジエン水添反応器１１２、エチレン精留塔１１３、プロピレン精留塔１１４、コールドボックス１１５、アセチレン水添反応器１１６等で構成される。ガス分離・精製工程１０８では、水素リッチガス２０３、テールガス２０４、プロピレン２０５、炭素数４以上の炭化水素（Ｃ４＋）２０６、エタン２０７、プロパン２０８、およびオフガス２０９等が分離される。なお、図１のガス分離・精製工程１０８の構成は一例であり、他の構成のプロセスもある。
【０００７】
分解炉１０１には複数の反応管１０１ａが配置されており、炭化水素のＣ−Ｃ結合を８００〜９００℃程度の高温、０．２ＭＰａ程度の低圧、無触媒下で分解し低級炭化水素を生成する。反応管１０１ａ内の原料であるナフサの滞留時間は０．１〜０．２秒程度以下と極めて短い時間である。分解炉１０１は、反応管１０１ａ外の炉内空間にバーナ（図示せず）が配置され、ガス分離・精製工程１０８からのオフガス２０９を燃料として空気２１０で燃焼させることで分解炉１０１内を昇温・温度維持している。エタン２０７やプロパン２０８等も分解炉１０１内で燃料として用いられることもある。また、オフガス２０９やエタン２０７、プロパン２０８等だけでは分解炉１０１の温度維持が十分な熱量を得られない場合、ナフサ２１１等の化石燃料を燃料として分解炉１０１内で使用している。
【０００８】
燃焼用の空気２１０は分解炉１０１から排出される出口排ガス２１２の顕熱を利用して予熱している。また、反応管１０１ａ内での温度が一定になるようにナフサ２１１等のオフガス２０９やエタン２０７、プロパン２０８等の供給量が調整される。また、原料２０１であるナフサ等の炭化水素は分解炉１０１の出口ガスの顕熱で予熱されてから１０１の反応管１０１ａに供給される。反応管１０１ａの出口に熱交換器１０２（例えば、ボイラ）が設置され、ガスを急冷することで反応を止め過分解による製品（エチレン２０２）収率の低下を防止している。
【０００９】
＜水素製造プロセス＞
水素製造方法としては、水蒸気改質、部分酸化、水蒸気改質と部分酸化を組合わせた方法の３つがある。近年、ナフサやＬＰＧ等の炭化水素を水蒸気改質して水素を製造する方法が広く採用されている。この方法は炭化水素と水蒸気を８００〜８５０℃で触媒上で接触反応させるもので次の吸熱反応である。
ＣｎＨｍ＋ｎＨ２Ｏ⇔ｎＣＯ＋（ｎ＋ｍ／２）Ｈ２ （吸熱反応）
さらに、生成した一酸化炭素は次の水性ガスシフト反応により水素に転換される。
ＣＯ＋Ｈ２Ｏ⇔ＣＯ２＋Ｈ２ （発熱反応）
上記２つの反応ではいずれも触媒が必要となり、ニッケル担持型の触媒がその代表例である。
【００１０】
図２は蒸気改質方法の水素製造システムを示すブロック図である。水素製造システムは、原料２３１としてナフサやＬＰＧ等の炭化水素を用い、図２に示すように、該原料２３１を脱硫する脱硫反応器１３１、脱硫した原料２３１を水蒸気で改質する予備改質器１３２、生成する一酸化炭素から水性ガスシフト反応によって水素に転換するシフトコンバータ１３５、水素を分離する分離器１３７および水素圧力変動吸着（水素ＰＳＡ）装置１３８からなる。
【００１１】
常温において液体である原料を加熱して気化して改質炉１３３に供給する。原料の加熱には改質炉１３３の排気ガス２３６の廃熱を用いることもある。原料の水蒸気改質反応は触媒上で行うため被毒成分である硫黄を除去する必要がある。高硫黄原料を用いる場合には、脱硫反応器１３１において気化させた原料中の脱硫をする。原料ガスは水蒸気とともに改質炉１３３内の改質反応管１３３ａに供給される。改質反応管１３３ａには触媒が充填されており、改質反応管１３３ａではその触媒としてニッケル担持型のものが一般的に用いられている。原料ガスを改質反応管１３３ａの上流側に配置された予備改質器１３２で予改質する場合もある。原料ガスは改質反応管１３３ａ入口で４５０〜６５０℃であり、改質反応管１３３ａ出口で７００〜９５０℃である。すなわち、改質反応は６００℃程度から９５０℃程度の温度域で、改質炉１３３内の改質反応管１３３ａに外部熱源から熱が供給される。
【００１２】
改質炉１３３の熱源は水素精製工程（水素ＰＳＡ装置１３８）のオフガス２３２およびナフサやＬＰＧ２３３等の炭化水素燃料２３３の空気２３４による燃焼熱である。改質炉１３３内の改質反応管１３３ａの出口で熱交換器１３４で熱交換して冷却された後、生成された一酸化炭素はシフトコンバータ１３５において水性ガスシフト反応により水素に転換され、熱交換器１３６を通り、分離器１３７で凝縮したコンデンセート２３７が分離された後、水素ＰＳＡ１３８にてオフガス２３２と分離して水素２３０を回収する。水素２３０を分離した残りのオフガス２３２は、上述したように改質炉１３３用熱源として利用される。また、水素２３０の一部はリサイクル水素２３５として原料２３１に混合し、原料２３１の水素濃度を高める場合もある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上記のように従来のエチレン製造システムや水素製造システムでは、分解炉や改質炉の熱源用燃料としてナフサやＬＰＧ等の化石燃料を大量に使用するため、エチレンおよび水素製造が高コストとなるという問題があった。
【００１４】
本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、炭化水素系原料の処理のための化石燃料の消費量、環境負荷、およびコストを低減することができる炭化水素系原料処理システムを提供することを本発明の第１の目的とする。
【００１５】
炭化水素系原料の処理のための化石燃料の消費量、環境負荷、およびコストを低減することができる炭化水素系原料処理方法を提供することを本発明の第２の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の第１の態様によれば、炭化水素系原料の処理のための化石燃料の消費量、環境負荷、およびコストを低減することができる炭化水素系原料処理システムが提供される。上記炭化水素系原料処理システムは、廃棄物、炭化水素系重質残渣油、および有機物の少なくとも１つを熱分解ガス化し熱源用ガスを生成するガス化炉を備える。また、上記炭化水素系原料処理システムは、上記ガス化炉で得られた熱源用ガスを用いて炭化水素系原料を熱分解する分解炉を備える。すなわち、上記炭化水素系原料処理システムは、エチレン製造プロセスなどにおいて炭化水素系原料を熱分解する分解炉のための熱源として可燃ガスを用いている。可燃ガスは、種々の廃棄物、石油精製プロセスや石油化学プロセスから排出される重油などの炭化水素系重質残渣油、およびバイオマスなどの有機物の少なくとも１つの熱分解ガス化により生成される。上記分解炉はエチレン製造プロセスの分解炉であってもよい。
【００１７】
このように、廃棄物、炭化水素系重質残渣油、および有機物の少なくとも１つの熱分解ガス化により熱源用ガスが生成される。熱源用ガスは、炭化水素系原料を熱分解する分解炉のための熱源として用いられる。したがって、炭化水素系原料の処理のための化石燃料の消費量、環境負荷、およびコストを低減することができる。
【００１８】
上記ガス化炉は、廃棄物、炭化水素系重質残渣油、および有機物の少なくとも１つの熱分解ガス化による第１のガスと、熱分解ガス化残渣の燃焼による第２のガスとを分離して生成するよう構成されていてもよい。熱分解ガス化により生成された第１のガス（生成ガス）を、熱分解ガス化残渣の燃焼により生成される第２のガス（燃焼ガス）が混ざること（稀釈すること）なく取り出すことができる。したがって、少量の第１のガスからでも高い発熱量を得ることができ、分解炉を高温に維持することができる。また、分解炉が高温に維持されるので、第１のガスが不純物を含んでいても分解炉で燃焼を行うことができる。
【００１９】
上記第２のガスは酸素を含有するので、上記分解炉の熱源用ガスとして用いることができる。したがって、分解炉に供給される燃焼用空気の量を抑えることができる、また、第２のガスの顕熱を効果的に利用することができる。このように、炭化水素系原料の処理のための化石燃料の消費量、環境負荷、およびコストをより効果的に低減することができる。
【００２０】
上記炭化水素系原料処理システムは、上記第２のガスによって空気を予熱するための熱交換器と、上記分解炉に予熱された空気を供給するための通路とを備えていてもよい。この場合には、第２のガスが空気を予熱するために用いられるので、第２のガスの熱を有効に利用することができる。このように、炭化水素系原料の処理のための化石燃料の消費量、環境負荷、およびコストをより効果的に低減することができる。
【００２１】
本発明の第２の態様によれば、炭化水素系原料の処理のための化石燃料の消費量、環境負荷、およびコストを低減することができる炭化水素系原料処理システムが提供される。上記炭化水素系原料処理システムは、廃棄物、炭化水素系重質残渣油、および有機物の少なくとも１つを熱分解ガス化し熱源用ガスを生成するガス化炉を備える。上記炭化水素系原料処理システムは、上記ガス化炉で得られた熱源用ガスを用いて炭化水素系原料を改質する改質炉を備える。すなわち、上記炭化水素系原料処理システムは、水素製造プロセスなどにおいて炭化水素系原料を改質する改質炉のための熱源として可燃ガスを用いている。可燃ガスは、種々の廃棄物、石油精製プロセスや石油化学プロセスから排出される重油などの炭化水素系重質残渣油、およびバイオマスなどの有機物の少なくとも１つの熱分解ガス化により生成される。上記改質炉は水素製造プロセスの改質炉であってもよい。
【００２２】
このように、廃棄物、炭化水素系重質残渣油、および有機物の少なくとも１つの熱分解ガス化により熱源用ガスが生成される。熱源用ガスは、炭化水素系原料を改質する改質炉のための熱源として用いられる。したがって、炭化水素系原料の処理のための化石燃料の消費量、環境負荷、およびコストを低減することができる。
【００２３】
上記ガス化炉は、廃棄物、炭化水素系重質残渣油、および有機物の少なくとも１つの熱分解ガス化による第１のガスと、熱分解ガス化残渣の燃焼による第２のガスとを分離して生成するよう構成されていてもよい。熱分解ガス化により生成された第１のガス（生成ガス）を、熱分解ガス化残渣の燃焼により生成される第２のガス（燃焼ガス）が混ざること（稀釈すること）なく取り出すことができる。したがって、少量の第１のガスからでも高い発熱量を得ることができ、改質炉を高温に維持することができる。また、改質炉が高温に維持されるので、第１のガスが不純物を含んでいても改質炉で燃焼を行うことができる。
【００２４】
上記第２のガスは酸素を含有するので、上記改質炉の熱源用ガスとして用いることができる。したがって、改質炉に供給される燃焼用空気の量を抑えることができる、また、第２のガスの顕熱を効果的に利用することができる。このように、炭化水素系原料の処理のための化石燃料の消費量、環境負荷、およびコストをより効果的に低減することができる。
【００２５】
上記炭化水素系原料処理システムは、上記第２のガスによって空気を予熱するための熱交換器と、上記改質炉に予熱された空気を供給するための通路とを備える。この場合には、第２のガスが空気を予熱するために用いられるので、第２のガスの熱を有効に利用することができる。このように、炭化水素系原料の処理のための化石燃料の消費量、環境負荷、およびコストをより効果的に低減することができる。
【００２６】
本発明の第３の態様によれば、炭化水素系原料の処理のための化石燃料の消費量、環境負荷、およびコストを低減することができる炭化水素系原料処理方法が提供される。上記炭化水素系原料処理方法によれば、廃棄物、炭化水素系重質残渣油、および有機物の少なくとも１つが熱分解ガス化されて熱源用ガスが生成される。上記熱源用ガスは炭化水素系原料を熱分解する分解炉に供給される。すなわち、上記炭化水素系原料処理方法は、エチレン製造プロセスなどにおいて炭化水素系原料を熱分解する分解炉のための熱源として可燃ガスを用いている。可燃ガスは、種々の廃棄物、石油精製プロセスや石油化学プロセスから排出される重油などの炭化水素系重質残渣油、およびバイオマスなどの有機物の少なくとも１つの熱分解ガス化により生成される。上記分解炉はエチレン製造プロセスの分解炉であってもよい。
【００２７】
本発明の第４の態様によれば、炭化水素系原料の処理のための化石燃料の消費量、環境負荷、およびコストを低減することができる炭化水素系原料処理方法が提供される。上記炭化水素系原料処理方法によれば、廃棄物、炭化水素系重質残渣油、および有機物の少なくとも１つが熱分解ガス化されて熱源用ガスが生成される。上記熱源用ガスは炭化水素系原料を改質する改質炉に供給される。すなわち、上記炭化水素系原料処理方法は、水素製造プロセスなどにおいて炭化水素系原料を改質する改質炉のための熱源として可燃ガスを用いている。可燃ガスは、種々の廃棄物、石油精製プロセスや石油化学プロセスから排出される重油などの炭化水素系重質残渣油、およびバイオマスなどの有機物の少なくとも１つの熱分解ガス化により生成される。上記改質炉は水素製造プロセスの改質炉であってもよい。
【００２８】
本発明の上述した目的ならびにその他の目的および効果は、本発明の好ましい実施形態を一例として図示した添付図面と照らし合わせれば、以下に述べる説明から明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明の炭化水素系原料処理システムの実施の形態例を添付の図面に基づいて説明する。下記の実施形態において、同一の部分は図１および図２で示されるものと同じ符号が付されている。
【００３０】
本発明の目的の１つは、廃棄物、廃プラスチック、またはバイオマスなどの固体物、多量の炭素を含むパイロシリスタールなどの炭化水素系重質残渣油が熱源として使用された場合においても、エチレン製造システムにおいて連続的かつ安定的に使用することができる炭化水素系原料処理システムを提供することにある。安定火炎が分解炉に形成されて分解炉の温度および圧力が安定化される場合、熱分解パイプがダスト等で摩耗しない場合、パイプ上のダスト等の蓄積により熱伝達速度が下がらない場合、または塩素成分または硫黄成分などの酸性ガス成分によって腐食が起こらない場合に、安定した運転を行うことができる。一定の成分および一定の発熱量を有するガスを一定流量で供給すれば、安定火炎を形成することができる。
【００３１】
このため、本発明の目的の１つは、廃棄物、廃プラスチック、またはバイオマスなどの固体物、多量の炭素を含むパイロシリスタールなどの炭化水素系重質残渣油を用いつつ、多量のダストや塩素成分または硫黄成分などの酸性ガス成分を含まず、一定の成分および一定の発熱量を有する可燃ガスを、一定流量で連続的に供給することができるエチレン製造システムを提供することにある。
【００３２】
図３は本発明の第１の実施形態に係る炭化水素系原料処理システムを示すブロック図である。図３に示すように、炭化水素系原料処理システムは、ガス化室１１と燃焼室１２を具備するガス化炉１０を設けている。ガス６１，６２は、ガス化室１１と燃焼室１２からそれぞれ別々に排出される。ガス化炉１０は、図１に示すように、エチレン製造システムに構成され、炭化水素系原料処理システムを形成する。
【００３３】
そして該ガス化炉１０のガス化室１１に廃棄物５１、廃プラスチック５２、パイロシリスタール５３、炭化水素系重質残渣油５４、およびバイオマス５５等の有機物のいずれか、またはこれらの複数の混合物を投入し、投入された原料はガス化室１１で熱分解ガス化され、可燃性ガスを含むガス６１を生成する。生成されたガス６１は、エチレン製造システムの分解炉１０１に熱源用ガスとして供給される。すなわち、ガス化炉１０で廃棄物、炭化水素系重質残渣油や有機物等を熱分解ガス化して得られた生成ガス６１をナフサ等の化石燃料の代替としてエチレン製造システムの分解炉１０１に供給している。
【００３４】
分解炉１０１はガス燃焼用に設計されている。したがって、廃棄物５１や廃プラスチック５２あるいはバイオマス等の固体物は、そのまま熱源として該分解炉１０１に供給することは難しい。さらにそのまま分解炉１０１に供給し得たとしても固体であるため固定物中の揮発分以外の固定炭素分の燃焼には時間がかかる等安定した燃焼を得、そこから安定した熱を得ることが難しい。また、パイロシリスタール５３等の炭化水素系重質残渣油のように炭素分が多いものは、そのままで分解炉１０１に供給しても揮発しない固定炭素分が分解炉１０１に残りその燃焼に時間がかかり安定して燃焼し、熱を得ることは難しい。本実施例では、これらの物質をガス化炉１０のガス化室１１において先に熱分解ガス化してから、得られた生成ガス６１を分解炉１０１の熱源用ガスとして利用することで上記問題を解決した。
【００３５】
本実施例においては、ガス化炉１０がガス化室１１と燃焼室１２とを含んでいるため、廃棄物や廃プラスチックあるいはバイオマス等の固体物の場合においてもガス化室１１の温度などの条件を制御しつつ、熱分解ガス化を行うことができる。したがって、生成６１ガスは一定の成分および一定の発熱量を有することができ、化石燃料に代えて分解炉１０１に供給することができる。特に、流動床ガス化炉の場合には、原料の供給量が変化しても、流動層の高さを制御することでその変化を吸収することができる。このように、原料の供給量による生成ガスの圧力変動を防止することができる。また、熱源として用いた原料の熱分解ガス化により生成された残渣の燃焼により灰が生成される。したがって、本実施例においては、ガス化室１１および燃焼室１２は互いに分離され、残渣の生成ガス６１と燃焼ガス６２を別々に生成することができるので、生成ガス６１はほとんど灰分を含んでいない。さらに、流動床炉の場合、ガス化室における空塔速度は、燃焼室におけるそれよりも低いため、ガス化室の生成ガスに混じる流動媒体の量は燃焼室のそれよりも少なくなる。したがって、少量のダストを含む生成ガス６１を分解炉１０１に供給することができる。さらに、塩素や硫黄を捕捉する脱塩剤や脱硫剤、例えば石灰石をガス化炉１０に混合することで、塩素成分または硫黄成分をほとんど含まない生成ガス６１を分解炉１０１に供給することができる。
【００３６】
本実施例において、ガス化炉１０のガス化室１１で生成した可燃ガスを含む生成ガス６１は分解炉１０１に供給され、エチレン製造プロセスのオフガス２０９と燃焼用の空気２１０と共に燃焼される。オフガス２０９と空気２１０は生成されたガス６１から分離して、分解炉１０１に供給される。分解炉１０１の反応管１０１ａにナフサ等の炭化水素系原料の熱分解に必要な熱を供給する。
【００３７】
なお、分解炉１０１の反応管１０１ａを出て熱交換器１０２で急冷された熱分解ガス２１３は、オイルクエンチ塔１０３、水クエンチ塔１０４、圧縮機１０５、酸性ガス除去工程１０６、脱水塔１０７を経てガス分離・精製工程１０８（図１参照）に供給される。熱交換器１０２の下流側で行われる処理は、図１と関連して記述されたものと同一であるから、その説明は省略する。
【００３８】
図４はガス化炉１０の一例として内部循環流動床ガス化炉２０の構成例を示す図である。図４に示すように、内部循環流動床ガス化炉２０はガス化室２１と燃焼室２２を具備し、該ガス化室２１と燃焼室２２の間には仕切壁２３が設けられている。また、燃焼室２２には仕切壁２５、２６で熱回収室２２１、流動媒体沈降室２２２および主燃焼室２２３が設けられている。ガス化室２１および燃焼室２２の下方に流動媒体（砂等の微粒子）が充填されている。図４に示すように、燃焼室２２の下方から流動媒体を流動させる流動化ガスとして空気５７が供給され、ガス化室２１の下方から流動媒体を流動させる流動化ガスとして蒸気５６が供給されるようになっている。
【００３９】
上記構成の内部循環流動床ガス化炉２０において、ガス化室２１の流動媒体は矢印６３に示すように流動媒体循環路（図示せず）を通って燃焼室２２の主燃焼室２２３に流入するようになっており、主燃焼室２２３で炭素分等の燃焼により高温となった流動媒体は矢印６４に示すように仕切壁２６を越えて流動媒体沈降室２２２に流入し、さらに流動媒体沈降室２２２の流動媒体は仕切壁２３の下に設けられた穴を通ってガス化室２１に流入するようになっている。すなわち、ガス化室２１と燃焼室２２の間では流動媒体は循環している。
【００４０】
また、主燃焼室２２３の流動媒体は矢印６５に示すように、仕切壁２５を越えて熱回収室２２１に流入し、仕切壁２５の下に設けられた穴を通って主燃焼室２２３へ流入するようになっている。すなわち、主燃焼室２２３と熱回収室２２１の間では流動体は循環している。
【００４１】
上記構成の内部循環流動床ガス化炉２０において可燃物６０がガス化室に定量的に供給される。可燃物６０は、廃棄物５１、廃プラスチック５２、パイロシリスタール５３、炭化水素系重質残渣油５４、およびバイオマス５５またはそれらの有機物（図３参照）の混合物からなる。これにより、可燃物６０の揮発成分が熱分解され、熱分解生成物となる。ガス化室２１では、可燃物６０の熱分解で炭素を多く含む残渣が生じる。該残渣は流動媒体と共に、矢印６３に示すように燃焼室２２に移動し、可燃物６０の炭素成分は該燃焼室２２内で燃焼する。この燃焼熱により流動媒体は高温となる。そして、高温となった流動媒体は矢印６４に示すようにガス化室２１に流入し、ガス化室２１に投入される可燃物６０の熱分解に寄与する。
【００４２】
また、揮発分が多く固定炭素が少ない可燃物６０を熱分解する場合、矢印６３で示される流動媒体に同伴し、燃焼室２２に移動する炭素分が少ないため、燃焼室２２での燃焼量が少なく、ガス化室２１で必要とする熱量を確保することができない。このような場合は、燃焼室２２側にも可燃物６０を供給し、燃焼室２２での燃焼量を補う。
【００４３】
上記のように、廃棄物５１、廃プラスチック５２、パイロシリスタール５３、炭化水素系重質残渣油５４、バイオマス５５等のいずれかまたはそれらの有機物の混合物からなる可燃物６０を内部循環流動床ガス化炉２０のガス化室２１に導入して熱分解し、熱分解されない炭素分を流動媒体と共に燃焼室２２へ移動させ、炭素分を選択的に燃焼させることができる。
【００４４】
図４に示す内部循環流動床ガス化炉２０においては、流動媒体の循環量を変化させることで、ガス化室２１および燃焼室２２の流動層の温度を制御することができる。したがって、生成ガスが一定の成分および一定の発熱量を有するように、ガス化室に供給される原料の量に応じて流動媒体の循環量を調整することにより、ガス化室２１および燃焼室２２の流動層の温度を調整して、生成ガスの成分を制御することができる。
【００４５】
このように内部循環流動床ガス化炉２０のガス化室２１に廃棄物５１、廃プラスチック５２、パイロシリスタール５３および炭化水素系重質残渣油５４、およびバイオマス５５のいずれか、またはそれらの有機物の混合物を含む可燃物６０を導入して熱分解ガス化する。得られる生成ガス６１をエチレン製造システムの分解炉１０１に熱源用ガスとして供給することで、従来のエチレン製造システムで使用されている化石燃料の代替とすることができ、エチレン製造の低コスト化を図ることができると共に、システムから排出される二酸化炭素の排出削減にも寄与できる。
【００４６】
生成ガス６１に同伴するダスト分が多い場合、凝縮や付着物による生成ガスダクトの閉塞等のトラブルを防止するため、予め生成ガス６１を洗浄するようにしてもよい。ガス化炉１０から分解炉１０１までの距離が長く、生成ガスダクトの放熱による温度降下によって高分子炭化水素や水蒸気等が凝縮するおそれがある場合、生成ガス６１は同様の理由で洗浄してもよい。これらの場合はオイルスクラバを用いて生成ガス６１を洗浄するのがよい。
【００４７】
流動床ガス化炉は流動層を有することから、気流層ガス化炉に比べて、不燃物（固体物）耐性に優れている。また、流動床ガス化炉は気流層ガス化炉より、投入される可燃物のカロリー変動、量の変動があっても、プロセスは安定的に運転できる。特に図４に示すような内部循環流動床ガス化炉を用いる場合には、不燃物排出をガス化室２１の炉底から行うことにより有価金属を未酸化の状態で回収できるから、内部循環流動床ガス化炉は部分燃焼流動床ガス化炉よりも効果が大きい。また、不燃物排出を燃焼室２２の炉底から行うことにより、不燃物をクリーニングされた状態で回収できる。
【００４８】
内部循環流動床ガス化炉２０の場合、流動媒体に石灰石を用いて、ガス化室２１と燃焼室２２の間を石灰石を循環させることにより、ガス化室２１でＣＯ２を生石灰（ＣａＯ）が吸収して石灰石（ＣａＣＯ３）となり、燃焼室２２でＣａＣＯ３が熱分解されてＣａＯとなって、ＣａＯは流動媒体と共にガス化室２１に運ばれＣＯ２の吸収に利用されるようにすることができる。このようにすることで、ＣＯ２の極めて少ない可燃ガスが生成ガス６１として得られる。すなわち、より高カロリーの可燃ガスを生成ガス６１として回収できる。
【００４９】
炉内触媒や吸収剤粒子を使う場合、内部循環流動床ガス化炉２０のようにガス化室２１（還元雰囲気）と燃焼室２２（酸化雰囲気）の間を粒子が循環することで、粒子が受ける酸化還元繰返し効果により、触媒や吸収の粒子はガス化室２１で効率的に働けるように燃焼室２２で再生・活性化される。例えば、脱塩を目的とし流動媒体に石灰石（ＣａＣＯ３）粒子を用いる場合、燃焼室２２で熱分解してＣａＯとなったＣａＣＯ３粒子がガス化室２１で塩素分を吸収してＣａＣｌ２となり、燃焼室２２でＣａＣｌ２は分解されてＣａＯに戻る。
【００５０】
図５は本発明の第２の実施形態に係る炭化水素系原料処理システムを示すブロック図である。図５に示すように、炭化水素系原料処理システムは、ガス化室１１と燃焼室１２を具備するガス化炉１０を設けている。ガス６１，６２は、ガス化室１１と燃焼室１２からそれぞれ別々に排出される。ガス化炉１０は、図１に示すように、エチレン製造システムに構成され、炭化水素系原料処理システムを形成する。
【００５１】
そして該ガス化炉１０のガス化室１１に廃棄物５１、廃プラスチック５２、パイロシリスタール５３、炭化水素系重質残渣油５４、およびバイオマス５５等の有機物のいずれか、またはこれらの複数の混合物を投入し、投入された原料はガス化室１１で熱分解ガス化され、可燃性ガスを含むガス６１を生成する。生成されたガス６１は、エチレン製造システムの分解炉１０１に熱源用ガスとして供給される。さらに、ガス化室１１で熱分解ガス化によって発生した熱分解残渣を燃焼室１２で燃焼して燃焼ガス６２を生成し、燃焼ガス６２も熱源としてエチレン製造システムの分解炉１０１に供給するようにしている。
【００５２】
このようにすることで、燃焼室１２からの燃焼ガス６２は酸素を含むことから、分解炉１０１の燃焼用の空気２１０の供給量を低減できる。さらに、燃焼ガス６２は８００℃〜１０００℃程度の高温ガスであることからその顕熱を分解炉１０１に供給することにより、ガス化炉１０に供給する可燃物の熱を分解炉１０１で有効に利用できる。
【００５３】
なお、分解炉１０１の反応管１０１ａを出て熱交換器１０２で急冷された熱分解ガス２１３は、オイルクエンチ塔１０３、水クエンチ塔１０４、圧縮機１０５、酸性ガス除去工程１０６、脱水塔１０７を経てガス分離・精製工程１０８（図１参照）に供給される。熱交換器１０２の下流側で行われるプロセスは、図１に関連して記述されたものと同一であるから、その説明は省略する。
【００５４】
図６は本発明の第３の実施形態に係る炭化水素系原料処理システムを示すブロック図である。図６に示すように、炭化水素系原料処理システムは、ガス化室１１と燃焼室１２を具備するガス化炉１０を設けている。ガス６１，６２は、ガス化室１１と燃焼室１２からそれぞれ別々に排出される。ガス化炉１０は、図１に示すように、エチレン製造システムに構成され、炭化水素系原料処理システムを形成する。
【００５５】
そして該ガス化炉１０のガス化室１１に廃棄物５１、廃プラスチック５２、パイロシリスタール５３、炭化水素系重質残渣油５４、およびバイオマス５５等の有機物のいずれか、またはこれらの複数の混合物を投入し、投入された原料はガス化室１１で熱分解ガス化され、可燃性ガスを含むガス６１を生成する。生成されたガス６１は、エチレン製造システムの分解炉１０１に熱源用ガスとして供給される。さらに、ガス化室１１で熱分解ガス化によって発生した熱分解残渣を燃焼室１２で燃焼して燃焼ガス６２を生成し、燃焼ガス６２も熱源としてエチレン製造システムの分解炉１０１に供給するようにしている。また、炭化水素系原料処理システムはガス化炉１０の燃焼室１２の下流側に燃焼ガス熱交換器１３および空気２１０を分解炉１０１に供給する通路１５を設けている。そして、該燃焼ガス熱交換器１３に燃焼ガス６２を供給し、該燃焼ガス６２の顕熱を利用して分解炉１０１に供給する燃焼用の空気２１０を予熱している。
【００５６】
このように構成することによって、燃焼ガス６２は８００℃〜１０００℃程度の高温ガスであることから、その顕熱を分解炉１０１に供給することになり、ガス化炉１０に供給する可燃物の熱を分解炉１０１で有効に利用できる。
【００５７】
なお、図６では、燃焼用の空気２１０の予熱を燃焼ガス熱交換器１３だけで行うように構成しているが、２段若しくはより多段で空気２１０の予熱を行ってもよい。例えば、分解炉１０１の出口の熱交換器１０２および燃焼ガス熱交換器１３で空気２１０を予熱してもよい。
【００５８】
なお、分解炉１０１の反応管１０１ａを出て熱交換器１０２で急冷された熱分解ガス２１３は、オイルクエンチ塔１０３、水クエンチ塔１０４、圧縮機１０５、酸性ガス除去工程１０６、脱水塔１０７を経てガス分離・精製工程１０８（図１参照）に供給される。熱交換器１０２の下流側で行われるプロセスは、図１に関連して記述されたものと同一であるから、その説明は省略する。
【００５９】
なお、上記第１、第２、第３の実施例においては、炭化水素系原料処理システムとして分解炉を具備するエチレン製造システムを挙げているが、炭化水素系原料処理システムの分解炉はエチレン製造システムの分解炉に限定されるものではない。該分解炉は、エチレン以外の炭化水素（例えば、ＬＰＧ等の軽質ガス等）が生成される炭化水素系原料の熱分解を行う分解炉であってもよい。
【００６０】
図７は本発明の第４の実施形態に係る炭化水素系原料処理システムを示すブロック図である。図７に示すように、炭化水素系原料処理システムは、ガス化室１１と燃焼室１２を具備するガス化炉１０を設けている。ガス６１，６２は、ガス化室１１と燃焼室１２からそれぞれ別々に排出される。ガス化炉１０は、図１に示すように、エチレン製造システムに構成され、炭化水素系原料処理システムを形成する。
【００６１】
そして該ガス化炉１０のガス化室１１に廃棄物５１、廃プラスチック５２、パイロシリスタール５３、炭化水素系重質残渣油５４、およびバイオマス５５等の有機物のいずれか、またはこれらの複数の混合物を投入し、投入された原料はガス化室１１で熱分解ガス化され、可燃性ガスを含むガス６１を生成する。生成されたガス６１は、エチレン製造システムの分解炉１０１に熱源用ガスとして供給される。すなわち、ガス化炉１０で廃棄物、炭化水素系重質残渣油や有機物等を熱分解ガス化して得られた生成ガス６１をナフサ等の化石燃料の代替としてエチレン製造システムの分解炉１０１に供給している。
【００６２】
本実施例において、ガス化炉１０のガス化室１１で生成した可燃ガスを含む生成ガス６１は改質炉１３３に供給され、水素製造プロセスの水素ＰＳＡオフガス２３２と燃焼用の空気２３４と共に、燃焼される。水素ＰＳＡオフガス２３２と燃焼用の空気２３４は生成ガス６１から別々に分解炉１０１に供給される。改質炉１３３の反応管１３３ａにナフサ等の炭化水素系原料の改質に必要な熱を供給する。また、ガス化炉１０には、流動床ガス化炉の１つである図４に示す内部循環型流動床ガス化炉２０を用いてもよい。なお、水素製造プロセスの動作は図２の水素製造プロセスと同じであるその説明は省略する。
【００６３】
このようにガス化炉１０のガス化室１１に廃棄物５１、廃プラスチック５２、パイロシリスタール５３および炭化水素系重質残渣油５４、およびバイオマス５５のいずれか、またはそれらの有機物の混合物を含む可燃物６０を導入して熱分解ガス化する。燃焼ガスを含む、得られる生成ガス６１を水素製造システムの改質炉１３３に熱源用ガスとして供給することで、従来のエチレン製造システムで使用されている化石燃料の代替とすることができ、エチレン製造の低コスト化を図ることができると共に、システムから排出される二酸化炭素の排出削減にも寄与できる。
【００６４】
生成ガス６１に同伴するダスト分が多い場合、凝縮や付着物による生成ガスダクトの閉塞等のトラブルを防止するため、予め生成ガス６１を洗浄するようにしてもよい。ガス化炉１０から改質炉１３３までの距離が長く、生成ガスダクトの放熱による温度降下によって高分子炭化水素や水蒸気等が凝縮するおそれがある場合、生成ガス６１は同様の理由で洗浄してもよい。これらの場合はオイルスクラバを用いて生成ガス６１を洗浄するのがよい。
【００６５】
図８は本発明の第５の実施形態に係る炭化水素系原料処理システムを示すブロック図である。図８に示すように、炭化水素系原料処理システムは、ガス化室１１と燃焼室１２を具備するガス化炉１０を設けている。ガス６１，６２は、ガス化室１１と燃焼室１２からそれぞれ別々に排出される。ガス化炉１０は、図１に示すように、エチレン製造システムに構成され、炭化水素系原料処理システムを形成する。
【００６６】
そして該ガス化炉１０のガス化室１１に廃棄物５１、廃プラスチック５２、パイロシリスタール５３、炭化水素系重質残渣油５４、およびバイオマス５５等の有機物のいずれか、またはこれらの複数の混合物を投入し、投入された原料はガス化室１１で熱分解ガス化され、可燃性ガスを含むガス６１を生成する。生成されたガス６１は、エチレン製造システムの分解炉１０１に熱源用ガスとして供給される。さらに、ガス化室１１で熱分解ガス化によって発生した熱分解残渣を燃焼室１２で燃焼して燃焼ガス６２を生成し、燃焼ガス６２も熱源としてエチレン製造システムの分解炉１０１に供給するようにしている。
【００６７】
このようにすることで、燃焼室１２からの燃焼ガス６２は酸素を含むことから、改質炉１３３の燃焼用の空気２３４の供給量を低減できる。さらに、燃焼ガス６２は８００℃〜１０００℃程度の高温ガスであることからその顕熱を改質炉１３３に供給することにより、ガス化炉１０に供給する可燃物の熱を改質炉１３３で有効に利用できる。なお、水素製造プロセスの動作は図２の水素製造プロセスと同じであるその説明は省略する。
【００６８】
図９は本発明の第６の実施形態に係る炭化水素系原料処理システムを示すブロック図である。図９に示すように、炭化水素系原料処理システムは、ガス化室１１と燃焼室１２を具備するガス化炉１０を設けている。ガス６１，６２は、ガス化室１１と燃焼室１２からそれぞれ別々に排出される。ガス化炉１０は、図２に示すように、エチレン製造システムに構成され、炭化水素系原料処理システムを形成する。
【００６９】
そして該ガス化炉１０のガス化室１１に廃棄物５１、廃プラスチック５２、パイロシリスタール５３、炭化水素系重質残渣油５４、およびバイオマス５５等の有機物のいずれか、またはこれらの複数の混合物を投入し、投入された原料はガス化室１１で熱分解ガス化され、可燃性ガスを含むガス６１を生成する。生成されたガス６１は、水素製造システムの分解炉１０１に熱源用ガスとして供給される。さらに、ガス化室１１で熱分解ガス化によって発生した熱分解残渣を燃焼室１２で燃焼して燃焼ガス６２を生成するようにしている。また、炭化水素系原料処理システムはガス化炉１０の燃焼室１２の下流側に燃焼ガス熱交換器１３および燃焼用空気２３４を改質炉１３３に供給する通路１６を設けている。そして、該燃焼ガス熱交換器１４に燃焼ガス６２を供給し、該燃焼ガス６２の顕熱を利用して改質炉１３３に供給する燃焼用の燃焼用空気２３４を予熱している。
【００７０】
このように構成することによっても、燃焼ガス６２は８００℃〜１０００℃程度の高温ガスであることから、その顕熱を改質炉１３３に供給することになり、ガス化炉１０に供給する可燃物の燃焼熱を改質炉１３３で有効に利用できる。
【００７１】
なお、図９では、燃焼用の空気２３４の予熱を燃焼ガス熱交換器１４だけで行うように構成しているが、２段若しくはより多段で燃焼用の空気２３４の予熱を行ってもよい。例えば、改質炉１３３の出口の熱交換器１３４、燃焼ガス熱交換器１４および改質炉１３３の中間部に位置する熱交換器で燃焼用の空気２３４を予熱してもよい。なお、水素製造プロセスの動作は図２の水素製造プロセスと同じであるのでその説明は省略する。
【００７２】
なお、第４、第５および第６の実施例においては、炭化水素系原料処理システムとして改質炉を有する水素製造システムを挙げているが、炭化水素系原料処理システムの改質炉は水素製造プロセスの改質炉に限定されるものではない。該改質炉は、他の炭化水素の改質を行う改質炉であってもよく、例えば炭化水素を水蒸気や水素、炭化水素等の改質剤と共に改質炉に供給して、ガソリンを生成する触媒改質プロセスを行うようにしてもよい。
【００７３】
以上本発明の好ましい実施形態の詳細を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範囲内において種々の変形が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
本発明は、石油精製プロセスや石油化学プロセスのように炭化水素系原料を分解炉で熱分解または改質炉で改質して処理する炭化水素系原料処理システムに利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】エチレン製造システムを示すブロック図である。
【図２】水素製造ステムを示すブロック図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る炭化水素系原料処理システムを示すブロック図である。
【図４】図３に示す炭化水素系原料処理システムでガス化炉として用いられる内部循環流動床ガス化炉の構成例を示す断面図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る炭化水素系原料処理システムを示すブロック図である。
【図６】本発明の第３の実施形態に係る炭化水素系原料処理システムを示すブロック図である。
【図７】本発明の第４の実施形態に係る炭化水素系原料処理システムを示すブロック図である。
【図８】本発明の第５の実施形態に係る炭化水素系原料処理システムを示すブロック図である。
【図９】本発明の第６の実施形態に係る炭化水素系原料処理システムを示すブロック図である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭化水素系原料処理システムおよび方法に関し、特に石油精製プロセスや石油化学プロセスのように炭化水素系原料を分解炉で熱分解または改質炉で改質して処理する炭化水素系原料処理システムおよび方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
エチレンはポリエチレンをはじめ、ポリプロピレンや酢酸エチル等の工業製品の原料であり、化学工業の基本原料の１つである。エチレンはナフサ等の炭化水素系原料を熱分解、精製して製造している。また炭化水素の熱分解において副生するプロピレンやエタン、プロパン等も工業原料として利用されている。
【０００３】
また、水素は石油精製プロセスにおいて、脱硫やアルキル化剤等として大量に必要であり、日本においてはその多くをナフサあるいは液化石油ガス（ＬＰＧ）等の炭化水素を蒸気改質して製造している。したがって、ガソリンや軽油等の製品製造において、ＳＯｘ等の環境負荷低減の目的等から、より高い脱硫度の必要性が生じた場合には脱硫のために大量の水素が必要となり、その結果、大量の化石燃料が使われることになる。
【０００４】
＜エチレン製造プロセス＞
図１はエチレン製造システムを示すブロック図である。図１に示すように、エチレン製造システムは、分解炉１０１、熱交換器１０２、オイルクエンチ塔１０３、水クエンチ塔１０４、圧縮機１０５、酸性ガス除去工程１０６、脱水塔１０７、ガス分離・精製工程１０８からなる。ナフサに稀釈用蒸気を添加し、原料２０１を生成する。原料２０１は分解炉１０１の反応管１０１ａ内に供給され、予熱気化された後高温、低圧、短滞留時間で熱分解される。過分解を防ぐため反応管内１０１ａの出口直後に生成ガス急冷用の熱交換器１０２を設けている。さらに、生成ガスはオイルクエンチ塔１０３、水クエンチ塔１０４で冷却され、生成ガスから熱回収される。
【０００５】
冷却されたガスを多段の圧縮機１０５で０．５気圧程度から３０気圧以上程度まで昇圧する。昇圧後Ｈ２Ｓ、ＣＯ２などの酸性ガスは酸性ガス除去工程１０６で冷却ガスから除去され、さらに冷却ガスが脱水塔１０７で脱水された後、不要ガス成分分離などを行うガス分離・精製工程１０８を経て、その結果製品エチレン２０２が得られる。
【０００６】
図１に示すように、ガス分離・精製工程１０８は、脱メタン塔１０９、脱エタン塔１１０、脱プロパン１１１、メチルアセチレンプロパジエン水添反応器１１２、エチレン精留塔１１３、プロピレン精留塔１１４、コールドボックス１１５、アセチレン水添反応器１１６等で構成される。ガス分離・精製工程１０８では、水素リッチガス２０３、テールガス２０４、プロピレン２０５、炭素数４以上の炭化水素（Ｃ４＋）２０６、エタン２０７、プロパン２０８、およびオフガス２０９等が分離される。なお、図１のガス分離・精製工程１０８の構成は一例であり、他の構成のプロセスもある。
【０００７】
分解炉１０１には複数の反応管１０１ａが配置されており、炭化水素のＣ−Ｃ結合を８００〜９００℃程度の高温、０．２ＭＰａ程度の低圧、無触媒下で分解し低級炭化水素を生成する。反応管１０１ａ内の原料であるナフサの滞留時間は０．１〜０．２秒程度以下と極めて短い時間である。分解炉１０１は、反応管１０１ａ外の炉内空間にバーナ（図示せず）が配置され、ガス分離・精製工程１０８からのオフガス２０９を燃料として空気２１０で燃焼させることで分解炉１０１内を昇温・温度維持している。エタン２０７やプロパン２０８等も分解炉１０１内で燃料として用いられることもある。また、オフガス２０９やエタン２０７、プロパン２０８等だけでは分解炉１０１の温度維持が十分な熱量を得られない場合、ナフサ２１１等の化石燃料を燃料として分解炉１０１内で使用している。
【０００８】
燃焼用の空気２１０は分解炉１０１から排出される出口排ガス２１２の顕熱を利用して予熱している。また、反応管１０１ａ内での温度が一定になるようにナフサ２１１等のオフガス２０９やエタン２０７、プロパン２０８等の供給量が調整される。また、原料２０１であるナフサ等の炭化水素は分解炉１０１の出口ガスの顕熱で予熱されてから１０１の反応管１０１ａに供給される。反応管１０１ａの出口に熱交換器１０２（例えば、ボイラ）が設置され、ガスを急冷することで反応を止め過分解による製品（エチレン２０２）収率の低下を防止している。
【０００９】
＜水素製造プロセス＞
水素製造方法としては、水蒸気改質、部分酸化、水蒸気改質と部分酸化を組合わせた方法の３つがある。近年、ナフサやＬＰＧ等の炭化水素を水蒸気改質して水素を製造する方法が広く採用されている。この方法は炭化水素と水蒸気を８００〜８５０℃で触媒上で接触反応させるもので次の吸熱反応である。
ＣｎＨｍ＋ｎＨ２Ｏ⇔ｎＣＯ＋（ｎ＋ｍ／２）Ｈ２ （吸熱反応）
さらに、生成した一酸化炭素は次の水性ガスシフト反応により水素に転換される。
ＣＯ＋Ｈ２Ｏ⇔ＣＯ２＋Ｈ２ （発熱反応）
上記２つの反応ではいずれも触媒が必要となり、ニッケル担持型の触媒がその代表例である。
【００１０】
図２は蒸気改質方法の水素製造システムを示すブロック図である。水素製造システムは、原料２３１としてナフサやＬＰＧ等の炭化水素を用い、図２に示すように、該原料２３１を脱硫する脱硫反応器１３１、脱硫した原料２３１を水蒸気で改質する予備改質器１３２、生成する一酸化炭素から水性ガスシフト反応によって水素に転換するシフトコンバータ１３５、水素を分離する分離器１３７および水素圧力変動吸着（水素ＰＳＡ）装置１３８からなる。
【００１１】
常温において液体である原料を加熱して気化して改質炉１３３に供給する。原料の加熱には改質炉１３３の排気ガス２３６の廃熱を用いることもある。原料の水蒸気改質反応は触媒上で行うため被毒成分である硫黄を除去する必要がある。高硫黄原料を用いる場合には、脱硫反応器１３１において気化させた原料中の脱硫をする。原料ガスは水蒸気とともに改質炉１３３内の改質反応管１３３ａに供給される。改質反応管１３３ａには触媒が充填されており、改質反応管１３３ａではその触媒としてニッケル担持型のものが一般的に用いられている。原料ガスを改質反応管１３３ａの上流側に配置された予備改質器１３２で予改質する場合もある。原料ガスは改質反応管１３３ａ入口で４５０〜６５０℃であり、改質反応管１３３ａ出口で７００〜９５０℃である。すなわち、改質反応は６００℃程度から９５０℃程度の温度域で、改質炉１３３内の改質反応管１３３ａに外部熱源から熱が供給される。
【００１２】
改質炉１３３の熱源は水素精製工程（水素ＰＳＡ装置１３８）のオフガス２３２およびナフサやＬＰＧ２３３等の炭化水素燃料２３３の空気２３４による燃焼熱である。改質炉１３３内の改質反応管１３３ａの出口で熱交換器１３４で熱交換して冷却された後、生成された一酸化炭素はシフトコンバータ１３５において水性ガスシフト反応により水素に転換され、熱交換器１３６を通り、分離器１３７で凝縮したコンデンセート２３７が分離された後、水素ＰＳＡ１３８にてオフガス２３２と分離して水素２３０を回収する。水素２３０を分離した残りのオフガス２３２は、上述したように改質炉１３３用熱源として利用される。また、水素２３０の一部はリサイクル水素２３５として原料２３１に混合し、原料２３１の水素濃度を高める場合もある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上記のように従来のエチレン製造システムや水素製造システムでは、分解炉や改質炉の熱源用燃料としてナフサやＬＰＧ等の化石燃料を大量に使用するため、エチレンおよび水素製造が高コストとなるという問題があった。
【００１４】
本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、炭化水素系原料の処理のための化石燃料の消費量、環境負荷、およびコストを低減することができる炭化水素系原料処理システムを提供することを本発明の第１の目的とする。
【００１５】
炭化水素系原料の処理のための化石燃料の消費量、環境負荷、およびコストを低減することができる炭化水素系原料処理方法を提供することを本発明の第２の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の第１の態様によれば、炭化水素系原料の処理のための化石燃料の消費量、環境負荷、およびコストを低減することができる炭化水素系原料処理システムが提供される。上記炭化水素系原料処理システムは、廃棄物、炭化水素系重質残渣油、および有機物の少なくとも１つを熱分解ガス化し熱源用ガスを生成するガス化炉を備える。また、上記炭化水素系原料処理システムは、上記ガス化炉で得られた熱源用ガスを用いて炭化水素系原料を熱分解する分解炉を備える。すなわち、上記炭化水素系原料処理システムは、エチレン製造プロセスなどにおいて炭化水素系原料を熱分解する分解炉のための熱源として可燃ガスを用いている。可燃ガスは、種々の廃棄物、石油精製プロセスや石油化学プロセスから排出される重油などの炭化水素系重質残渣油、およびバイオマスなどの有機物の少なくとも１つの熱分解ガス化により生成される。上記分解炉はエチレン製造プロセスの分解炉であってもよい。
【００１７】
このように、廃棄物、炭化水素系重質残渣油、および有機物の少なくとも１つの熱分解ガス化により熱源用ガスが生成される。熱源用ガスは、炭化水素系原料を熱分解する分解炉のための熱源として用いられる。したがって、炭化水素系原料の処理のための化石燃料の消費量、環境負荷、およびコストを低減することができる。
【００１８】
上記ガス化炉は、廃棄物、炭化水素系重質残渣油、および有機物の少なくとも１つの熱分解ガス化による第１のガスと、熱分解ガス化残渣の燃焼による第２のガスとを分離して生成するよう構成されていてもよい。熱分解ガス化により生成された第１のガス（生成ガス）を、熱分解ガス化残渣の燃焼により生成される第２のガス（燃焼ガス）が混ざること（稀釈すること）なく取り出すことができる。したがって、少量の第１のガスからでも高い発熱量を得ることができ、分解炉を高温に維持することができる。また、分解炉が高温に維持されるので、第１のガスが不純物を含んでいても分解炉で燃焼を行うことができる。
【００１９】
上記第２のガスは酸素を含有するので、上記分解炉の熱源用ガスとして用いることができる。したがって、分解炉に供給される燃焼用空気の量を抑えることができる、また、第２のガスの顕熱を効果的に利用することができる。このように、炭化水素系原料の処理のための化石燃料の消費量、環境負荷、およびコストをより効果的に低減することができる。
【００２０】
上記炭化水素系原料処理システムは、上記第２のガスによって空気を予熱するための熱交換器と、上記分解炉に予熱された空気を供給するための通路とを備えていてもよい。この場合には、第２のガスが空気を予熱するために用いられるので、第２のガスの熱を有効に利用することができる。このように、炭化水素系原料の処理のための化石燃料の消費量、環境負荷、およびコストをより効果的に低減することができる。
【００２１】
本発明の第２の態様によれば、炭化水素系原料の処理のための化石燃料の消費量、環境負荷、およびコストを低減することができる炭化水素系原料処理システムが提供される。上記炭化水素系原料処理システムは、廃棄物、炭化水素系重質残渣油、および有機物の少なくとも１つを熱分解ガス化し熱源用ガスを生成するガス化炉を備える。上記炭化水素系原料処理システムは、上記ガス化炉で得られた熱源用ガスを用いて炭化水素系原料を改質する改質炉を備える。すなわち、上記炭化水素系原料処理システムは、水素製造プロセスなどにおいて炭化水素系原料を改質する改質炉のための熱源として可燃ガスを用いている。可燃ガスは、種々の廃棄物、石油精製プロセスや石油化学プロセスから排出される重油などの炭化水素系重質残渣油、およびバイオマスなどの有機物の少なくとも１つの熱分解ガス化により生成される。上記改質炉は水素製造プロセスの改質炉であってもよい。
【００２２】
このように、廃棄物、炭化水素系重質残渣油、および有機物の少なくとも１つの熱分解ガス化により熱源用ガスが生成される。熱源用ガスは、炭化水素系原料を改質する改質炉のための熱源として用いられる。したがって、炭化水素系原料の処理のための化石燃料の消費量、環境負荷、およびコストを低減することができる。
【００２３】
上記ガス化炉は、廃棄物、炭化水素系重質残渣油、および有機物の少なくとも１つの熱分解ガス化による第１のガスと、熱分解ガス化残渣の燃焼による第２のガスとを分離して生成するよう構成されていてもよい。熱分解ガス化により生成された第１のガス（生成ガス）を、熱分解ガス化残渣の燃焼により生成される第２のガス（燃焼ガス）が混ざること（稀釈すること）なく取り出すことができる。したがって、少量の第１のガスからでも高い発熱量を得ることができ、改質炉を高温に維持することができる。また、改質炉が高温に維持されるので、第１のガスが不純物を含んでいても改質炉で燃焼を行うことができる。
【００２４】
上記第２のガスは酸素を含有するので、上記改質炉の熱源用ガスとして用いることができる。したがって、改質炉に供給される燃焼用空気の量を抑えることができる、また、第２のガスの顕熱を効果的に利用することができる。このように、炭化水素系原料の処理のための化石燃料の消費量、環境負荷、およびコストをより効果的に低減することができる。
【００２５】
上記炭化水素系原料処理システムは、上記第２のガスによって空気を予熱するための熱交換器と、上記改質炉に予熱された空気を供給するための通路とを備える。この場合には、第２のガスが空気を予熱するために用いられるので、第２のガスの熱を有効に利用することができる。このように、炭化水素系原料の処理のための化石燃料の消費量、環境負荷、およびコストをより効果的に低減することができる。
【００２６】
本発明の第３の態様によれば、炭化水素系原料の処理のための化石燃料の消費量、環境負荷、およびコストを低減することができる炭化水素系原料処理方法が提供される。上記炭化水素系原料処理方法によれば、廃棄物、炭化水素系重質残渣油、および有機物の少なくとも１つが熱分解ガス化されて熱源用ガスが生成される。上記熱源用ガスは炭化水素系原料を熱分解する分解炉に供給される。すなわち、上記炭化水素系原料処理方法は、エチレン製造プロセスなどにおいて炭化水素系原料を熱分解する分解炉のための熱源として可燃ガスを用いている。可燃ガスは、種々の廃棄物、石油精製プロセスや石油化学プロセスから排出される重油などの炭化水素系重質残渣油、およびバイオマスなどの有機物の少なくとも１つの熱分解ガス化により生成される。上記分解炉はエチレン製造プロセスの分解炉であってもよい。
【００２７】
本発明の第４の態様によれば、炭化水素系原料の処理のための化石燃料の消費量、環境負荷、およびコストを低減することができる炭化水素系原料処理方法が提供される。上記炭化水素系原料処理方法によれば、廃棄物、炭化水素系重質残渣油、および有機物の少なくとも１つが熱分解ガス化されて熱源用ガスが生成される。上記熱源用ガスは炭化水素系原料を改質する改質炉に供給される。すなわち、上記炭化水素系原料処理方法は、水素製造プロセスなどにおいて炭化水素系原料を改質する改質炉のための熱源として可燃ガスを用いている。可燃ガスは、種々の廃棄物、石油精製プロセスや石油化学プロセスから排出される重油などの炭化水素系重質残渣油、およびバイオマスなどの有機物の少なくとも１つの熱分解ガス化により生成される。上記改質炉は水素製造プロセスの改質炉であってもよい。
【００２８】
本発明の上述した目的ならびにその他の目的および効果は、本発明の好ましい実施形態を一例として図示した添付図面と照らし合わせれば、以下に述べる説明から明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明の炭化水素系原料処理システムの実施の形態例を添付の図面に基づいて説明する。下記の実施形態において、同一の部分は図１および図２で示されるものと同じ符号が付されている。
【００３０】
本発明の目的の１つは、廃棄物、廃プラスチック、またはバイオマスなどの固体物、多量の炭素を含むパイロシリスタールなどの炭化水素系重質残渣油が熱源として使用された場合においても、エチレン製造システムにおいて連続的かつ安定的に使用することができる炭化水素系原料処理システムを提供することにある。安定火炎が分解炉に形成されて分解炉の温度および圧力が安定化される場合、熱分解パイプがダスト等で摩耗しない場合、パイプ上のダスト等の蓄積により熱伝達速度が下がらない場合、または塩素成分または硫黄成分などの酸性ガス成分によって腐食が起こらない場合に、安定した運転を行うことができる。一定の成分および一定の発熱量を有するガスを一定流量で供給すれば、安定火炎を形成することができる。
【００３１】
このため、本発明の目的の１つは、廃棄物、廃プラスチック、またはバイオマスなどの固体物、多量の炭素を含むパイロシリスタールなどの炭化水素系重質残渣油を用いつつ、多量のダストや塩素成分または硫黄成分などの酸性ガス成分を含まず、一定の成分および一定の発熱量を有する可燃ガスを、一定流量で連続的に供給することができるエチレン製造システムを提供することにある。
【００３２】
図３は本発明の第１の実施形態に係る炭化水素系原料処理システムを示すブロック図である。図３に示すように、炭化水素系原料処理システムは、ガス化室１１と燃焼室１２を具備するガス化炉１０を設けている。ガス６１，６２は、ガス化室１１と燃焼室１２からそれぞれ別々に排出される。ガス化炉１０は、図１に示すように、エチレン製造システムに構成され、炭化水素系原料処理システムを形成する。
【００３３】
そして該ガス化炉１０のガス化室１１に廃棄物５１、廃プラスチック５２、パイロシリスタール５３、炭化水素系重質残渣油５４、およびバイオマス５５等の有機物のいずれか、またはこれらの複数の混合物を投入し、投入された原料はガス化室１１で熱分解ガス化され、可燃性ガスを含むガス６１を生成する。生成されたガス６１は、エチレン製造システムの分解炉１０１に熱源用ガスとして供給される。すなわち、ガス化炉１０で廃棄物、炭化水素系重質残渣油や有機物等を熱分解ガス化して得られた生成ガス６１をナフサ等の化石燃料の代替としてエチレン製造システムの分解炉１０１に供給している。
【００３４】
分解炉１０１はガス燃焼用に設計されている。したがって、廃棄物５１や廃プラスチック５２あるいはバイオマス等の固体物は、そのまま熱源として該分解炉１０１に供給することは難しい。さらにそのまま分解炉１０１に供給し得たとしても固体であるため固定物中の揮発分以外の固定炭素分の燃焼には時間がかかる等安定した燃焼を得、そこから安定した熱を得ることが難しい。また、パイロシリスタール５３等の炭化水素系重質残渣油のように炭素分が多いものは、そのままで分解炉１０１に供給しても揮発しない固定炭素分が分解炉１０１に残りその燃焼に時間がかかり安定して燃焼し、熱を得ることは難しい。本実施例では、これらの物質をガス化炉１０のガス化室１１において先に熱分解ガス化してから、得られた生成ガス６１を分解炉１０１の熱源用ガスとして利用することで上記問題を解決した。
【００３５】
本実施例においては、ガス化炉１０がガス化室１１と燃焼室１２とを含んでいるため、廃棄物や廃プラスチックあるいはバイオマス等の固体物の場合においてもガス化室１１の温度などの条件を制御しつつ、熱分解ガス化を行うことができる。したがって、生成６１ガスは一定の成分および一定の発熱量を有することができ、化石燃料に代えて分解炉１０１に供給することができる。特に、流動床ガス化炉の場合には、原料の供給量が変化しても、流動層の高さを制御することでその変化を吸収することができる。このように、原料の供給量による生成ガスの圧力変動を防止することができる。また、熱源として用いた原料の熱分解ガス化により生成された残渣の燃焼により灰が生成される。したがって、本実施例においては、ガス化室１１および燃焼室１２は互いに分離され、残渣の生成ガス６１と燃焼ガス６２を別々に生成することができるので、生成ガス６１はほとんど灰分を含んでいない。さらに、流動床炉の場合、ガス化室における空塔速度は、燃焼室におけるそれよりも低いため、ガス化室の生成ガスに混じる流動媒体の量は燃焼室のそれよりも少なくなる。したがって、少量のダストを含む生成ガス６１を分解炉１０１に供給することができる。さらに、塩素や硫黄を捕捉する脱塩剤や脱硫剤、例えば石灰石をガス化炉１０に混合することで、塩素成分または硫黄成分をほとんど含まない生成ガス６１を分解炉１０１に供給することができる。
【００３６】
本実施例において、ガス化炉１０のガス化室１１で生成した可燃ガスを含む生成ガス６１は分解炉１０１に供給され、エチレン製造プロセスのオフガス２０９と燃焼用の空気２１０と共に燃焼される。オフガス２０９と空気２１０は生成されたガス６１から分離して、分解炉１０１に供給される。分解炉１０１の反応管１０１ａにナフサ等の炭化水素系原料の熱分解に必要な熱を供給する。
【００３７】
なお、分解炉１０１の反応管１０１ａを出て熱交換器１０２で急冷された熱分解ガス２１３は、オイルクエンチ塔１０３、水クエンチ塔１０４、圧縮機１０５、酸性ガス除去工程１０６、脱水塔１０７を経てガス分離・精製工程１０８（図１参照）に供給される。熱交換器１０２の下流側で行われる処理は、図１と関連して記述されたものと同一であるから、その説明は省略する。
【００３８】
図４はガス化炉１０の一例として内部循環流動床ガス化炉２０の構成例を示す図である。図４に示すように、内部循環流動床ガス化炉２０はガス化室２１と燃焼室２２を具備し、該ガス化室２１と燃焼室２２の間には仕切壁２３が設けられている。また、燃焼室２２には仕切壁２５、２６で熱回収室２２１、流動媒体沈降室２２２および主燃焼室２２３が設けられている。ガス化室２１および燃焼室２２の下方に流動媒体（砂等の微粒子）が充填されている。図４に示すように、燃焼室２２の下方から流動媒体を流動させる流動化ガスとして空気５７が供給され、ガス化室２１の下方から流動媒体を流動させる流動化ガスとして蒸気５６が供給されるようになっている。
【００３９】
上記構成の内部循環流動床ガス化炉２０において、ガス化室２１の流動媒体は矢印６３に示すように流動媒体循環路（図示せず）を通って燃焼室２２の主燃焼室２２３に流入するようになっており、主燃焼室２２３で炭素分等の燃焼により高温となった流動媒体は矢印６４に示すように仕切壁２６を越えて流動媒体沈降室２２２に流入し、さらに流動媒体沈降室２２２の流動媒体は仕切壁２３の下に設けられた穴を通ってガス化室２１に流入するようになっている。すなわち、ガス化室２１と燃焼室２２の間では流動媒体は循環している。
【００４０】
また、主燃焼室２２３の流動媒体は矢印６５に示すように、仕切壁２５を越えて熱回収室２２１に流入し、仕切壁２５の下に設けられた穴を通って主燃焼室２２３へ流入するようになっている。すなわち、主燃焼室２２３と熱回収室２２１の間では流動体は循環している。
【００４１】
上記構成の内部循環流動床ガス化炉２０において可燃物６０がガス化室に定量的に供給される。可燃物６０は、廃棄物５１、廃プラスチック５２、パイロシリスタール５３、炭化水素系重質残渣油５４、およびバイオマス５５またはそれらの有機物（図３参照）の混合物からなる。これにより、可燃物６０の揮発成分が熱分解され、熱分解生成物となる。ガス化室２１では、可燃物６０の熱分解で炭素を多く含む残渣が生じる。該残渣は流動媒体と共に、矢印６３に示すように燃焼室２２に移動し、可燃物６０の炭素成分は該燃焼室２２内で燃焼する。この燃焼熱により流動媒体は高温となる。そして、高温となった流動媒体は矢印６４に示すようにガス化室２１に流入し、ガス化室２１に投入される可燃物６０の熱分解に寄与する。
【００４２】
また、揮発分が多く固定炭素が少ない可燃物６０を熱分解する場合、矢印６３で示される流動媒体に同伴し、燃焼室２２に移動する炭素分が少ないため、燃焼室２２での燃焼量が少なく、ガス化室２１で必要とする熱量を確保することができない。このような場合は、燃焼室２２側にも可燃物６０を供給し、燃焼室２２での燃焼量を補う。
【００４３】
上記のように、廃棄物５１、廃プラスチック５２、パイロシリスタール５３、炭化水素系重質残渣油５４、バイオマス５５等のいずれかまたはそれらの有機物の混合物からなる可燃物６０を内部循環流動床ガス化炉２０のガス化室２１に導入して熱分解し、熱分解されない炭素分を流動媒体と共に燃焼室２２へ移動させ、炭素分を選択的に燃焼させることができる。
【００４４】
図４に示す内部循環流動床ガス化炉２０においては、流動媒体の循環量を変化させることで、ガス化室２１および燃焼室２２の流動層の温度を制御することができる。したがって、生成ガスが一定の成分および一定の発熱量を有するように、ガス化室に供給される原料の量に応じて流動媒体の循環量を調整することにより、ガス化室２１および燃焼室２２の流動層の温度を調整して、生成ガスの成分を制御することができる。
【００４５】
このように内部循環流動床ガス化炉２０のガス化室２１に廃棄物５１、廃プラスチック５２、パイロシリスタール５３および炭化水素系重質残渣油５４、およびバイオマス５５のいずれか、またはそれらの有機物の混合物を含む可燃物６０を導入して熱分解ガス化する。得られる生成ガス６１をエチレン製造システムの分解炉１０１に熱源用ガスとして供給することで、従来のエチレン製造システムで使用されている化石燃料の代替とすることができ、エチレン製造の低コスト化を図ることができると共に、システムから排出される二酸化炭素の排出削減にも寄与できる。
【００４６】
生成ガス６１に同伴するダスト分が多い場合、凝縮や付着物による生成ガスダクトの閉塞等のトラブルを防止するため、予め生成ガス６１を洗浄するようにしてもよい。ガス化炉１０から分解炉１０１までの距離が長く、生成ガスダクトの放熱による温度降下によって高分子炭化水素や水蒸気等が凝縮するおそれがある場合、生成ガス６１は同様の理由で洗浄してもよい。これらの場合はオイルスクラバを用いて生成ガス６１を洗浄するのがよい。
【００４７】
流動床ガス化炉は流動層を有することから、気流層ガス化炉に比べて、不燃物（固体物）耐性に優れている。また、流動床ガス化炉は気流層ガス化炉より、投入される可燃物のカロリー変動、量の変動があっても、プロセスは安定的に運転できる。特に図４に示すような内部循環流動床ガス化炉を用いる場合には、不燃物排出をガス化室２１の炉底から行うことにより有価金属を未酸化の状態で回収できるから、内部循環流動床ガス化炉は部分燃焼流動床ガス化炉よりも効果が大きい。また、不燃物排出を燃焼室２２の炉底から行うことにより、不燃物をクリーニングされた状態で回収できる。
【００４８】
内部循環流動床ガス化炉２０の場合、流動媒体に石灰石を用いて、ガス化室２１と燃焼室２２の間を石灰石を循環させることにより、ガス化室２１でＣＯ２を生石灰（ＣａＯ）が吸収して石灰石（ＣａＣＯ３）となり、燃焼室２２でＣａＣＯ３が熱分解されてＣａＯとなって、ＣａＯは流動媒体と共にガス化室２１に運ばれＣＯ２の吸収に利用されるようにすることができる。このようにすることで、ＣＯ２の極めて少ない可燃ガスが生成ガス６１として得られる。すなわち、より高カロリーの可燃ガスを生成ガス６１として回収できる。
【００４９】
炉内触媒や吸収剤粒子を使う場合、内部循環流動床ガス化炉２０のようにガス化室２１（還元雰囲気）と燃焼室２２（酸化雰囲気）の間を粒子が循環することで、粒子が受ける酸化還元繰返し効果により、触媒や吸収の粒子はガス化室２１で効率的に働けるように燃焼室２２で再生・活性化される。例えば、脱塩を目的とし流動媒体に石灰石（ＣａＣＯ３）粒子を用いる場合、燃焼室２２で熱分解してＣａＯとなったＣａＣＯ３粒子がガス化室２１で塩素分を吸収してＣａＣｌ２となり、燃焼室２２でＣａＣｌ２は分解されてＣａＯに戻る。
【００５０】
図５は本発明の第２の実施形態に係る炭化水素系原料処理システムを示すブロック図である。図５に示すように、炭化水素系原料処理システムは、ガス化室１１と燃焼室１２を具備するガス化炉１０を設けている。ガス６１，６２は、ガス化室１１と燃焼室１２からそれぞれ別々に排出される。ガス化炉１０は、図１に示すように、エチレン製造システムに構成され、炭化水素系原料処理システムを形成する。
【００５１】
そして該ガス化炉１０のガス化室１１に廃棄物５１、廃プラスチック５２、パイロシリスタール５３、炭化水素系重質残渣油５４、およびバイオマス５５等の有機物のいずれか、またはこれらの複数の混合物を投入し、投入された原料はガス化室１１で熱分解ガス化され、可燃性ガスを含むガス６１を生成する。生成されたガス６１は、エチレン製造システムの分解炉１０１に熱源用ガスとして供給される。さらに、ガス化室１１で熱分解ガス化によって発生した熱分解残渣を燃焼室１２で燃焼して燃焼ガス６２を生成し、燃焼ガス６２も熱源としてエチレン製造システムの分解炉１０１に供給するようにしている。
【００５２】
このようにすることで、燃焼室１２からの燃焼ガス６２は酸素を含むことから、分解炉１０１の燃焼用の空気２１０の供給量を低減できる。さらに、燃焼ガス６２は８００℃〜１０００℃程度の高温ガスであることからその顕熱を分解炉１０１に供給することにより、ガス化炉１０に供給する可燃物の熱を分解炉１０１で有効に利用できる。
【００５３】
なお、分解炉１０１の反応管１０１ａを出て熱交換器１０２で急冷された熱分解ガス２１３は、オイルクエンチ塔１０３、水クエンチ塔１０４、圧縮機１０５、酸性ガス除去工程１０６、脱水塔１０７を経てガス分離・精製工程１０８（図１参照）に供給される。熱交換器１０２の下流側で行われるプロセスは、図１に関連して記述されたものと同一であるから、その説明は省略する。
【００５４】
図６は本発明の第３の実施形態に係る炭化水素系原料処理システムを示すブロック図である。図６に示すように、炭化水素系原料処理システムは、ガス化室１１と燃焼室１２を具備するガス化炉１０を設けている。ガス６１，６２は、ガス化室１１と燃焼室１２からそれぞれ別々に排出される。ガス化炉１０は、図１に示すように、エチレン製造システムに構成され、炭化水素系原料処理システムを形成する。
【００５５】
そして該ガス化炉１０のガス化室１１に廃棄物５１、廃プラスチック５２、パイロシリスタール５３、炭化水素系重質残渣油５４、およびバイオマス５５等の有機物のいずれか、またはこれらの複数の混合物を投入し、投入された原料はガス化室１１で熱分解ガス化され、可燃性ガスを含むガス６１を生成する。生成されたガス６１は、エチレン製造システムの分解炉１０１に熱源用ガスとして供給される。さらに、ガス化室１１で熱分解ガス化によって発生した熱分解残渣を燃焼室１２で燃焼して燃焼ガス６２を生成し、燃焼ガス６２も熱源としてエチレン製造システムの分解炉１０１に供給するようにしている。また、炭化水素系原料処理システムはガス化炉１０の燃焼室１２の下流側に燃焼ガス熱交換器１３および空気２１０を分解炉１０１に供給する通路１５を設けている。そして、該燃焼ガス熱交換器１３に燃焼ガス６２を供給し、該燃焼ガス６２の顕熱を利用して分解炉１０１に供給する燃焼用の空気２１０を予熱している。
【００５６】
このように構成することによって、燃焼ガス６２は８００℃〜１０００℃程度の高温ガスであることから、その顕熱を分解炉１０１に供給することになり、ガス化炉１０に供給する可燃物の熱を分解炉１０１で有効に利用できる。
【００５７】
なお、図６では、燃焼用の空気２１０の予熱を燃焼ガス熱交換器１３だけで行うように構成しているが、２段若しくはより多段で空気２１０の予熱を行ってもよい。例えば、分解炉１０１の出口の熱交換器１０２および燃焼ガス熱交換器１３で空気２１０を予熱してもよい。
【００５８】
なお、分解炉１０１の反応管１０１ａを出て熱交換器１０２で急冷された熱分解ガス２１３は、オイルクエンチ塔１０３、水クエンチ塔１０４、圧縮機１０５、酸性ガス除去工程１０６、脱水塔１０７を経てガス分離・精製工程１０８（図１参照）に供給される。熱交換器１０２の下流側で行われるプロセスは、図１に関連して記述されたものと同一であるから、その説明は省略する。
【００５９】
なお、上記第１、第２、第３の実施例においては、炭化水素系原料処理システムとして分解炉を具備するエチレン製造システムを挙げているが、炭化水素系原料処理システムの分解炉はエチレン製造システムの分解炉に限定されるものではない。該分解炉は、エチレン以外の炭化水素（例えば、ＬＰＧ等の軽質ガス等）が生成される炭化水素系原料の熱分解を行う分解炉であってもよい。
【００６０】
図７は本発明の第４の実施形態に係る炭化水素系原料処理システムを示すブロック図である。図７に示すように、炭化水素系原料処理システムは、ガス化室１１と燃焼室１２を具備するガス化炉１０を設けている。ガス６１，６２は、ガス化室１１と燃焼室１２からそれぞれ別々に排出される。ガス化炉１０は、図１に示すように、エチレン製造システムに構成され、炭化水素系原料処理システムを形成する。
【００６１】
そして該ガス化炉１０のガス化室１１に廃棄物５１、廃プラスチック５２、パイロシリスタール５３、炭化水素系重質残渣油５４、およびバイオマス５５等の有機物のいずれか、またはこれらの複数の混合物を投入し、投入された原料はガス化室１１で熱分解ガス化され、可燃性ガスを含むガス６１を生成する。生成されたガス６１は、エチレン製造システムの分解炉１０１に熱源用ガスとして供給される。すなわち、ガス化炉１０で廃棄物、炭化水素系重質残渣油や有機物等を熱分解ガス化して得られた生成ガス６１をナフサ等の化石燃料の代替としてエチレン製造システムの分解炉１０１に供給している。
【００６２】
本実施例において、ガス化炉１０のガス化室１１で生成した可燃ガスを含む生成ガス６１は改質炉１３３に供給され、水素製造プロセスの水素ＰＳＡオフガス２３２と燃焼用の空気２３４と共に、燃焼される。水素ＰＳＡオフガス２３２と燃焼用の空気２３４は生成ガス６１から別々に分解炉１０１に供給される。改質炉１３３の反応管１３３ａにナフサ等の炭化水素系原料の改質に必要な熱を供給する。また、ガス化炉１０には、流動床ガス化炉の１つである図４に示す内部循環型流動床ガス化炉２０を用いてもよい。なお、水素製造プロセスの動作は図２の水素製造プロセスと同じであるその説明は省略する。
【００６３】
このようにガス化炉１０のガス化室１１に廃棄物５１、廃プラスチック５２、パイロシリスタール５３および炭化水素系重質残渣油５４、およびバイオマス５５のいずれか、またはそれらの有機物の混合物を含む可燃物６０を導入して熱分解ガス化する。燃焼ガスを含む、得られる生成ガス６１を水素製造システムの改質炉１３３に熱源用ガスとして供給することで、従来のエチレン製造システムで使用されている化石燃料の代替とすることができ、エチレン製造の低コスト化を図ることができると共に、システムから排出される二酸化炭素の排出削減にも寄与できる。
【００６４】
生成ガス６１に同伴するダスト分が多い場合、凝縮や付着物による生成ガスダクトの閉塞等のトラブルを防止するため、予め生成ガス６１を洗浄するようにしてもよい。ガス化炉１０から改質炉１３３までの距離が長く、生成ガスダクトの放熱による温度降下によって高分子炭化水素や水蒸気等が凝縮するおそれがある場合、生成ガス６１は同様の理由で洗浄してもよい。これらの場合はオイルスクラバを用いて生成ガス６１を洗浄するのがよい。
【００６５】
図８は本発明の第５の実施形態に係る炭化水素系原料処理システムを示すブロック図である。図８に示すように、炭化水素系原料処理システムは、ガス化室１１と燃焼室１２を具備するガス化炉１０を設けている。ガス６１，６２は、ガス化室１１と燃焼室１２からそれぞれ別々に排出される。ガス化炉１０は、図１に示すように、エチレン製造システムに構成され、炭化水素系原料処理システムを形成する。
【００６６】
そして該ガス化炉１０のガス化室１１に廃棄物５１、廃プラスチック５２、パイロシリスタール５３、炭化水素系重質残渣油５４、およびバイオマス５５等の有機物のいずれか、またはこれらの複数の混合物を投入し、投入された原料はガス化室１１で熱分解ガス化され、可燃性ガスを含むガス６１を生成する。生成されたガス６１は、エチレン製造システムの分解炉１０１に熱源用ガスとして供給される。さらに、ガス化室１１で熱分解ガス化によって発生した熱分解残渣を燃焼室１２で燃焼して燃焼ガス６２を生成し、燃焼ガス６２も熱源としてエチレン製造システムの分解炉１０１に供給するようにしている。
【００６７】
このようにすることで、燃焼室１２からの燃焼ガス６２は酸素を含むことから、改質炉１３３の燃焼用の空気２３４の供給量を低減できる。さらに、燃焼ガス６２は８００℃〜１０００℃程度の高温ガスであることからその顕熱を改質炉１３３に供給することにより、ガス化炉１０に供給する可燃物の熱を改質炉１３３で有効に利用できる。なお、水素製造プロセスの動作は図２の水素製造プロセスと同じであるその説明は省略する。
【００６８】
図９は本発明の第６の実施形態に係る炭化水素系原料処理システムを示すブロック図である。図９に示すように、炭化水素系原料処理システムは、ガス化室１１と燃焼室１２を具備するガス化炉１０を設けている。ガス６１，６２は、ガス化室１１と燃焼室１２からそれぞれ別々に排出される。ガス化炉１０は、図２に示すように、エチレン製造システムに構成され、炭化水素系原料処理システムを形成する。
【００６９】
そして該ガス化炉１０のガス化室１１に廃棄物５１、廃プラスチック５２、パイロシリスタール５３、炭化水素系重質残渣油５４、およびバイオマス５５等の有機物のいずれか、またはこれらの複数の混合物を投入し、投入された原料はガス化室１１で熱分解ガス化され、可燃性ガスを含むガス６１を生成する。生成されたガス６１は、水素製造システムの分解炉１０１に熱源用ガスとして供給される。さらに、ガス化室１１で熱分解ガス化によって発生した熱分解残渣を燃焼室１２で燃焼して燃焼ガス６２を生成するようにしている。また、炭化水素系原料処理システムはガス化炉１０の燃焼室１２の下流側に燃焼ガス熱交換器１３および燃焼用空気２３４を改質炉１３３に供給する通路１６を設けている。そして、該燃焼ガス熱交換器１４に燃焼ガス６２を供給し、該燃焼ガス６２の顕熱を利用して改質炉１３３に供給する燃焼用の燃焼用空気２３４を予熱している。
【００７０】
このように構成することによっても、燃焼ガス６２は８００℃〜１０００℃程度の高温ガスであることから、その顕熱を改質炉１３３に供給することになり、ガス化炉１０に供給する可燃物の燃焼熱を改質炉１３３で有効に利用できる。
【００７１】
なお、図９では、燃焼用の空気２３４の予熱を燃焼ガス熱交換器１４だけで行うように構成しているが、２段若しくはより多段で燃焼用の空気２３４の予熱を行ってもよい。例えば、改質炉１３３の出口の熱交換器１３４、燃焼ガス熱交換器１４および改質炉１３３の中間部に位置する熱交換器で燃焼用の空気２３４を予熱してもよい。なお、水素製造プロセスの動作は図２の水素製造プロセスと同じであるのでその説明は省略する。
【００７２】
なお、第４、第５および第６の実施例においては、炭化水素系原料処理システムとして改質炉を有する水素製造システムを挙げているが、炭化水素系原料処理システムの改質炉は水素製造プロセスの改質炉に限定されるものではない。該改質炉は、他の炭化水素の改質を行う改質炉であってもよく、例えば炭化水素を水蒸気や水素、炭化水素等の改質剤と共に改質炉に供給して、ガソリンを生成する触媒改質プロセスを行うようにしてもよい。
【００７３】
以上本発明の好ましい実施形態の詳細を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範囲内において種々の変形が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
本発明は、石油精製プロセスや石油化学プロセスのように炭化水素系原料を分解炉で熱分解または改質炉で改質して処理する炭化水素系原料処理システムに利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】エチレン製造システムを示すブロック図である。
【図２】水素製造ステムを示すブロック図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る炭化水素系原料処理システムを示すブロック図である。
【図４】図３に示す炭化水素系原料処理システムでガス化炉として用いられる内部循環流動床ガス化炉の構成例を示す断面図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る炭化水素系原料処理システムを示すブロック図である。
【図６】本発明の第３の実施形態に係る炭化水素系原料処理システムを示すブロック図である。
【図７】本発明の第４の実施形態に係る炭化水素系原料処理システムを示すブロック図である。
【図８】本発明の第５の実施形態に係る炭化水素系原料処理システムを示すブロック図である。
【図９】本発明の第６の実施形態に係る炭化水素系原料処理システムを示すブロック図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃棄物、炭化水素系重質残渣油、および有機物の少なくとも１つを熱分解ガス化し熱源用ガスを生成するガス化炉と、
前記ガス化炉で得られた熱源用ガスを用いて炭化水素系原料を熱分解する分解炉と、
を備えた、炭化水素系原料処理システム。
【請求項２】
前記分解炉はエチレン製造プロセスの分解炉である、請求項１に記載の炭化水素系原料処理システム。
【請求項３】
前記ガス化炉は、廃棄物、炭化水素系重質残渣油、および有機物の少なくとも１つの熱分解ガス化による第１のガスと、熱分解ガス化残渣の燃焼による第２のガスとを分離して生成するよう構成されている、請求項１に記載の炭化水素系原料処理システム。
【請求項４】
前記第２のガスは前記分解炉の熱源用ガスとして用いられる、請求項３に記載の炭化水素系原料処理システム。
【請求項５】
前記第２のガスによって空気を予熱するための熱交換器と、
前記分解炉に予熱された空気を供給するための通路と、
をさらに備えた、請求項３に記載の炭化水素系原料処理システム。
【請求項６】
廃棄物、炭化水素系重質残渣油、および有機物の少なくとも１つを熱分解ガス化し熱源用ガスを生成するガス化炉と、
前記ガス化炉で得られた熱源用ガスを用いて炭化水素系原料を改質する改質炉と、
を備えた、炭化水素系原料処理システム。
【請求項７】
前記改質炉は水素製造プロセスの改質炉である、請求項６に記載の炭化水素系原料処理システム。
【請求項８】
前記ガス化炉は、廃棄物、炭化水素系重質残渣油、および有機物の少なくとも１つの熱分解ガス化による第１のガスと、熱分解ガス化残渣の燃焼による第２のガスとを分離して生成するよう構成されている、請求項６に記載の炭化水素系原料処理システム。
【請求項９】
前記第２のガスは前記改質炉の熱源用ガスとして用いられる、請求項８に記載の炭化水素系原料処理システム。
【請求項１０】
前記第２のガスによって空気を予熱するための熱交換器と、
前記改質炉に予熱された空気を供給するための通路と、
をさらに備えた、請求項８に記載の炭化水素系原料処理システム。
【請求項１１】
廃棄物、炭化水素系重質残渣油、および有機物の少なくとも１つを熱分解ガス化して熱源用ガスを生成する工程と、
炭化水素系原料を熱分解する分解炉に前記熱源用ガスを供給する工程と、
を備えた、炭化水素系原料処理方法。
【請求項１２】
前記分解炉はエチレン製造プロセスの分解炉である、請求項１１に記載の炭化水素系原料処理方法。
【請求項１３】
前記熱分解ガス化工程は、廃棄物、炭化水素系重質残渣油、および有機物の少なくとも１つの熱分解ガス化による第１のガスと、熱分解ガス化残渣の燃焼による第２のガスとを分離して生成する工程を有する、請求項１１に記載の炭化水素系原料処理方法。
【請求項１４】
前記第２のガスは前記分解炉の熱源用ガスとして用いられる、請求項１３に記載の炭化水素系原料処理方法。
【請求項１５】
熱交換によって前記第２のガスで空気を予熱する工程と、
前記分解炉に予熱された空気を供給する工程と、
をさらに備えた、請求項１３に記載の炭化水素系原料処理方法。
【請求項１６】
廃棄物、炭化水素系重質残渣油、および有機物の少なくとも１つを熱分解ガス化して熱源用ガスを生成する工程と、
炭化水素系原料を改質する改質炉に前記熱源用ガスを供給する工程と、
を備えた、炭化水素系原料処理方法。
【請求項１７】
前記改質炉は水素製造プロセスの改質炉である、請求項１６に記載の炭化水素系原料処理方法。
【請求項１８】
前記熱分解ガス化工程は、廃棄物、炭化水素系重質残渣油、および有機物の少なくとも１つの熱分解ガス化による第１のガスと、熱分解ガス化残渣の燃焼による第２のガスとを分離して生成する工程を有する、請求項１６に記載の炭化水素系原料処理方法。
【請求項１９】
前記第２のガスは前記改質炉の熱源用ガスとして用いられる、請求項１８に記載の炭化水素系原料処理方法。
【請求項２０】
熱交換によって前記第２のガスで空気を予熱する工程と、
前記改質炉に予熱された空気を供給する工程と、
をさらに備えた、請求項１８に記載の炭化水素系原料処理方法。
【請求項１】
廃棄物、炭化水素系重質残渣油、および有機物の少なくとも１つを熱分解ガス化し熱源用ガスを生成するガス化炉と、
前記ガス化炉で得られた熱源用ガスを用いて炭化水素系原料を熱分解する分解炉と、
を備えた、炭化水素系原料処理システム。
【請求項２】
前記分解炉はエチレン製造プロセスの分解炉である、請求項１に記載の炭化水素系原料処理システム。
【請求項３】
前記ガス化炉は、廃棄物、炭化水素系重質残渣油、および有機物の少なくとも１つの熱分解ガス化による第１のガスと、熱分解ガス化残渣の燃焼による第２のガスとを分離して生成するよう構成されている、請求項１に記載の炭化水素系原料処理システム。
【請求項４】
前記第２のガスは前記分解炉の熱源用ガスとして用いられる、請求項３に記載の炭化水素系原料処理システム。
【請求項５】
前記第２のガスによって空気を予熱するための熱交換器と、
前記分解炉に予熱された空気を供給するための通路と、
をさらに備えた、請求項３に記載の炭化水素系原料処理システム。
【請求項６】
廃棄物、炭化水素系重質残渣油、および有機物の少なくとも１つを熱分解ガス化し熱源用ガスを生成するガス化炉と、
前記ガス化炉で得られた熱源用ガスを用いて炭化水素系原料を改質する改質炉と、
を備えた、炭化水素系原料処理システム。
【請求項７】
前記改質炉は水素製造プロセスの改質炉である、請求項６に記載の炭化水素系原料処理システム。
【請求項８】
前記ガス化炉は、廃棄物、炭化水素系重質残渣油、および有機物の少なくとも１つの熱分解ガス化による第１のガスと、熱分解ガス化残渣の燃焼による第２のガスとを分離して生成するよう構成されている、請求項６に記載の炭化水素系原料処理システム。
【請求項９】
前記第２のガスは前記改質炉の熱源用ガスとして用いられる、請求項８に記載の炭化水素系原料処理システム。
【請求項１０】
前記第２のガスによって空気を予熱するための熱交換器と、
前記改質炉に予熱された空気を供給するための通路と、
をさらに備えた、請求項８に記載の炭化水素系原料処理システム。
【請求項１１】
廃棄物、炭化水素系重質残渣油、および有機物の少なくとも１つを熱分解ガス化して熱源用ガスを生成する工程と、
炭化水素系原料を熱分解する分解炉に前記熱源用ガスを供給する工程と、
を備えた、炭化水素系原料処理方法。
【請求項１２】
前記分解炉はエチレン製造プロセスの分解炉である、請求項１１に記載の炭化水素系原料処理方法。
【請求項１３】
前記熱分解ガス化工程は、廃棄物、炭化水素系重質残渣油、および有機物の少なくとも１つの熱分解ガス化による第１のガスと、熱分解ガス化残渣の燃焼による第２のガスとを分離して生成する工程を有する、請求項１１に記載の炭化水素系原料処理方法。
【請求項１４】
前記第２のガスは前記分解炉の熱源用ガスとして用いられる、請求項１３に記載の炭化水素系原料処理方法。
【請求項１５】
熱交換によって前記第２のガスで空気を予熱する工程と、
前記分解炉に予熱された空気を供給する工程と、
をさらに備えた、請求項１３に記載の炭化水素系原料処理方法。
【請求項１６】
廃棄物、炭化水素系重質残渣油、および有機物の少なくとも１つを熱分解ガス化して熱源用ガスを生成する工程と、
炭化水素系原料を改質する改質炉に前記熱源用ガスを供給する工程と、
を備えた、炭化水素系原料処理方法。
【請求項１７】
前記改質炉は水素製造プロセスの改質炉である、請求項１６に記載の炭化水素系原料処理方法。
【請求項１８】
前記熱分解ガス化工程は、廃棄物、炭化水素系重質残渣油、および有機物の少なくとも１つの熱分解ガス化による第１のガスと、熱分解ガス化残渣の燃焼による第２のガスとを分離して生成する工程を有する、請求項１６に記載の炭化水素系原料処理方法。
【請求項１９】
前記第２のガスは前記改質炉の熱源用ガスとして用いられる、請求項１８に記載の炭化水素系原料処理方法。
【請求項２０】
熱交換によって前記第２のガスで空気を予熱する工程と、
前記改質炉に予熱された空気を供給する工程と、
をさらに備えた、請求項１８に記載の炭化水素系原料処理方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公表番号】特表２００７−５２３２１８（Ｐ２００７−５２３２１８Ａ）
【公表日】平成１９年８月１６日（２００７．８．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−５２３４５７（Ｐ２００６−５２３４５７）
【出願日】平成１７年１月２７日（２００５．１．２７）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＪＰ２００５／００１５５２
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０７５３４３
【国際公開日】平成１７年８月１８日（２００５．８．１８）
【出願人】（００００００２３９）株式会社荏原製作所 (1,477)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成１９年８月１６日（２００７．８．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１月２７日（２００５．１．２７）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＪＰ２００５／００１５５２
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０７５３４３
【国際公開日】平成１７年８月１８日（２００５．８．１８）
【出願人】（００００００２３９）株式会社荏原製作所 (1,477)
【Ｆターム（参考）】
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