【裂解問題集】裂解深さにはどのような表し方があるか？

分解深さにはどのような表し方があるか？出口温度の転換率や動力学的深さ関数KSFがあり、さらには分解生成物中の特定成分の比率、例えばエチレン/プロピレン、メタン/プロピレン、液体生成物中のC/H比などでも表されるが、その中で最も科学的なのはKSFである。

出口温度の転換率や動力学的深さ関数KSFがあり、さらには分解生成物中の特定成分の比率、例えばエチレン/プロピレン、メタン/プロピレン、液体生成物中のC/H比などでも表されるが、その中で最も科学的なのはKSFである。

1、原料転換率。2、メタン収率。3、エチレンに対するプロピレンの収率比。4、メタンによるエチレンまたはプロピレンの収率比。5、液体生成物の水素含有量および水素炭素原子比。6、分解炉の出口温度。7、分解深さ関数。8、動力学的分解深さ関数。

分解深さにはどのような表し方があるか？ 分解深さとは、分解反応の進行度を指す。分解反応の複雑さから、1つのパラメータだけで正確に定量的に記述することは困難である。工学においては、状況に応じて、分解の深さを測定するために以下のようなパラメータがよく用いられる。 （1）原料の転換率ⅹ 原料の転換率は、分解反応時における分解原料の転換度合いを示す。それは二次反応の進行度を反映していないものの、ある程度、分解反応の進行度を示している。したがって、分解の深さはしばしば原料転換率で評価される。 単一炭化水素を原料とする場合（エタンやプロパンなど）、分解原料の転換率xは、分解前後の平衡分子数N0、NVから次のように計算できる：X = (N0-NV)/N0 = 1 - NV/N0。混合軽質炭化水素を分解する場合は、各成分の転換率を別々に計算できる。留分油の分解時には、ある1当量の成分を用いて転化率を算出し、これによって分解度を表すことができる。 留分油の分解原料においては、時として生成される分解ガス中のC4およびC4以下の軽質成分の量（発生ガス量）が原料の重量パーセンテージで表される値（発生ガス率と呼ばれる）を用いて、原料の転換率を近似して表すことがある。原料中の芳香族炭化水素が分解反応において生成するガス量が非常に少ないことを考慮すると、発生ガス率X（P+N）は次のように表すことができる： X（P+N）=X気/(P+N) ここで、X気は発生ガス量である； P、N——原料中のアルカンおよびナフサの量。 原料に高環状アルカンが多く含まれている場合、上式は適用されない。 （2）メタン収率 C10：分解によって得られるメタンの収率は、分解の深さが深くなるにつれて増加する。メタンは比較的安定しているため、二次反応によって消滅することはほとんどない。したがって、分解生成物中のメタン収率は、反応の分解度をある程度測定する指標となる。 管状炉による熱分解条件下では、芳香族の熱分解によってガス状の生成物はほとんど生じない。芳香族炭化水素の含有量による影響を排除するため、原料中の芳香族炭化水素を差し引き、アルカンおよびナフサ炭化水素の重量を基準にメタン生成率を算出する。これを無芳香族メタン生成率C1（P+N）0と呼ぶ。 C1（P+N）0=C10/（P+N） （3）エチレン対プロピレンの収率比（C2=/C3=） 一定の分解深さの範囲内で、分解深さが増すにつれてエチレンの収率は上昇するが、プロピレンの収率の上昇は緩やかである。ある程度の分解深さに達すると、エチレンの収率はさらに分解深さが増すにつれて上昇し続けるが、プロピレンの収率は最大値を境に低下し始める。したがって、ある分解深さの範囲内では、エチレンとプロピレンの収率比C2/C3を分解深さの指標として用いることができる。しかし、分解深さがある程度に達すると、エチレンの収率も分解深さの増加に伴って低下する。この時、C2=/C3=の収率比では、分解の深さを正しく反映できなくなる。 （4）メタンに対するエチレンまたはプロピレンの収率比（C10/C2＝またはC10/C3＝）は、反応が進行するにつれてメタンの収率は常に増加するのに対し、エチレンやプロピレンの収率は分解が進むにつれて最大値に達した後に減少し始めるためである。したがって、高深度での分解においては、メタンに対するエチレンまたはプロピレンの収率比（C10/C2またはC10/C3）を用いて分解深度を評価する方が合理的である。 （5）液体生成物の水素含有量および水素炭素原子比（H/C）Lは、分解の深さが増すにつれて、高い水素含有量を持つC4またはC4以下の気体生成物の生成量が徐々に増加する。水素の平衡からわかるように、分解によって得られるC5またはC5以上の液体製品の水素含有量および水素炭素比（H/C）Lは、分解の深さが増すにつれて低下する。生産実践の経験によれば、留分油の分解時における分解深さは、得られるC5+S液体生成物の水素炭素比（H/C）Lが0.96以上（または水素含有量が8％以上）であることを限度とすべきである。分解深さが過度に大きくなり、分解によって得られるC5+S液体生成物の水素炭素比（H/C）Lが0.96未満（または水素含有量が8％未満）となると、炉管や廃熱ボイラーのタール付着が深刻化し、タール除去サイクルが**短縮される可能性がある。したがって、分解によって得られる液体製品の水素含有量や水素炭素比も、分解の深さを測定するための重要な指標である。 （6）分解炉出口温度（Tout） 50年代には、分解炉の出口温度Toutを用いて分解度を表していた。690～720℃を浅度分解、720～750℃を中程度分解、750℃以上を深度分解と分類した。反応温度分布や滞留時間の影響が考慮されていないため、炉出口温度だけで分解度を判断するのは非常に片面的である。近代の分解炉の設計が改良されるにつれて、滞留時間は大幅に短縮され、同じ分解度を得るために必要な分解温度も大幅に上昇した。 炉の形状が決まっている場合、炉管の配置や幾何学的パラメータも既に決定されている。このとき、与えられた分解原料および負荷に対して、炉出口温度はある程度、分解の深さを表すことができる。したがって、製造工程においては依然として、反応の深さを炉出口温度で表すことが多い。浅度、中濃度、および深度分解を区別するための出口温度範囲も異なる。 （7）分解深さ関数（S） 温度と滞留時間が分解深さに与える影響を考慮し、分解温度Tと滞留時間θの間には次のような関係があるとされている：S=Tθm ここで、mには0.06または0.027を用いることができる。Sは分解深さ関数と呼ばれる。 （8）動力学的分解深さ関数 分解原料の分解反応を一次反応として扱う場合、原料の転化率aと反応速度定数k、および滞留時間θの間には次の関係が成り立つ：1/(1-a)∫kdθ=ln ∫kdθ。これにより、温度分布や滞留時間分布が分解原料の転化度や分解深さに与える影響を表すことができ、ある程度分解深さを定量的に表現することが可能である。しかし、∫kdθは温度と滞留時間分布の関数であるだけでなく、分解原料の性質の関数でもある。分解原料の性質の影響を避け、管状分解炉の異なる反応コイルの分解性能を評価するために、同じ分解原料を異なる反応コイルで分解させ、そこで得られた各反応コイルにおける異なる∫kdθ値に基づいて反応コイルを評価することができる。これに基づき、S&W社はノルムペンタンを「標準原料」として提案し、ノルムペンタンの分解によって得られる∫kdθを動力学的分解深さ関数（KSF）と定義した：KSF=∫kc5dθ=∫Ac5exp(-Ec5/RT) ここで、Kc5はノルムペンタンの分解における反応速度定数である； Ac5——正ペンタン分解反応の頻度因子； Ec5——正ペンタンの分解反応の活性化エネルギー。 明らかに、動力学的分解深さ関数KSFは原料の性質とは無関係なパラメータであり、分解温度分布と滞留時間が分解深さに与える影響を反映している。最近、一部の研究者は∫kdθを分解深さ指数CSIと定義しており、ここでkは特定の原料の反応速度定数である。したがって、分解深さ指数CBS=∫kdθは、温度や滞留時間だけでなく、分解原料の性質にも関連している。

あり：1）原料転換率α 2）メタン収率 3）エチレン収率 4）分解ガソリン中のH/C比 5）分解深さ関数（S） 6）動力学的分解深さ関数（KSF）など。

1、原料転換率。 2、メタン収率。 3、エチレンに対するプロピレンの収率比。 4、メタンによるエチレンまたはプロピレンの収率比。 5、液体生成物の水素含有量および水素炭素原子比。 6、分解炉の出口温度。 7、分解深さ関数。 8、動力学的分解深さ関数。

分解深さとは、分解反応の進行度を指す。分解反応の複雑さから、1つのパラメータだけで正確に定量的に記述することは困難である。工学においては、状況に応じて、分解の深さを測定するために以下のようなパラメータがよく用いられる。 （1）原料の転換率ⅹ 原料の転換率は、分解反応時における分解原料の転換度合いを示す。それは二次反応の進行度を反映していないものの、ある程度、分解反応の進行度を示している。したがって、分解の深さはしばしば原料転換率で評価される。 単一炭化水素を原料とする場合（エタンやプロパンなど）、分解原料の転換率xは、分解前後の平衡分子数N0、NVから次のように計算できる：X = (N0-NV)/N0 = 1 - NV/N0。混合軽質炭化水素を分解する場合は、各成分の転換率を別々に計算できる。留分油の分解時には、ある1当量の成分を用いて転化率を算出し、これによって分解度を表すことができる。 留分油の分解原料においては、時として生成される分解ガス中のC4およびC4以下の軽質成分の量（発生ガス量）が原料の重量パーセンテージで表される値（発生ガス率と呼ばれる）を用いて、原料の転換率を近似して表すことがある。原料中の芳香族炭化水素が分解反応において生成するガス量が非常に少ないことを考慮すると、発生ガス率X（P+N）は次のように表すことができる： X（P+N）=X気/(P+N) ここで、X気は発生ガス量である； P、N——原料中のアルカンおよびナフサの量。 原料に高環状アルカンが多く含まれている場合、上式は適用されない。 （2）メタン収率 C10：分解によって得られるメタンの収率は、分解の深さが深くなるにつれて増加する。メタンは比較的安定しているため、二次反応によって消滅することはほとんどない。したがって、分解生成物中のメタン収率は、反応の分解度をある程度測定する指標となる。 管状炉による熱分解条件下では、芳香族の熱分解によってガス状の生成物はほとんど生じない。芳香族炭化水素の含有量による影響を排除するため、原料中の芳香族炭化水素を差し引き、アルカンおよびナフサ炭化水素の重量を基準にメタン生成率を算出する。これを無芳香族メタン生成率C1（P+N）0と呼ぶ。 C1（P+N）0=C10/（P+N） （3）エチレン対プロピレンの収率比（C2=/C3=） 一定の分解深さの範囲内で、分解深さが増すにつれてエチレンの収率は上昇するが、プロピレンの収率の上昇は緩やかである。ある程度の分解深さに達すると、エチレンの収率はさらに分解深さが増すにつれて上昇し続けるが、プロピレンの収率は最大値を境に低下し始める。したがって、ある分解深さの範囲内では、エチレンとプロピレンの収率比C2/C3を分解深さの指標として用いることができる。しかし、分解深さがある程度に達すると、エチレンの収率も分解深さの増加に伴って低下する。この時、C2=/C3=の収率比では、分解の深さを正しく反映できなくなる。 （4）メタンに対するエチレンまたはプロピレンの収率比（C10/C2＝またはC10/C3＝）は、反応が進行するにつれてメタンの収率は常に増加するのに対し、エチレンやプロピレンの収率は分解が進むにつれて最大値に達した後に減少し始めるためである。したがって、高深度での分解においては、メタンに対するエチレンまたはプロピレンの収率比（C10/C2またはC10/C3）を用いて分解深度を評価する方が合理的である。 （5）液体生成物の水素含有量および水素炭素原子比（H/C）Lは、分解の深さが増すにつれて、高い水素含有量を持つC4またはC4以下の気体生成物の生成量が徐々に増加する。水素の平衡からわかるように、分解によって得られるC5またはC5以上の液体製品の水素含有量および水素炭素比（H/C）Lは、分解の深さが増すにつれて低下する。生産実践の経験によれば、留分油の分解時における分解深さは、得られるC5+S液体生成物の水素炭素比（H/C）Lが0.96以上（または水素含有量が8％以上）であることを限度とすべきである。分解深さが過度に大きくなり、分解によって得られるC5+S液体生成物の水素炭素比（H/C）Lが0.96未満（または水素含有量が8％未満）となると、炉管や廃熱ボイラーのタール付着が深刻化し、タール除去サイクルが**短縮される可能性がある。したがって、分解によって得られる液体製品の水素含有量や水素炭素比も、分解の深さを測定するための重要な指標である。 （6）分解炉出口温度（Tout） 50年代には、分解炉の出口温度Toutを用いて分解度を表していた。690～720℃を浅度分解、720～750℃を中程度分解、750℃以上を深度分解と分類した。反応温度分布や滞留時間の影響が考慮されていないため、炉出口温度だけで分解度を判断するのは非常に片面的である。近代の分解炉の設計が改良されるにつれて、滞留時間は大幅に短縮され、同じ分解度を得るために必要な分解温度も大幅に上昇した。 炉の形状が決まっている場合、炉管の配置や幾何学的パラメータも既に決定されている。このとき、与えられた分解原料および負荷に対して、炉出口温度はある程度、分解の深さを表すことができる。したがって、製造工程においては依然として、反応の深さを炉出口温度で表すことが多い。浅度、中濃度、および深度分解を区別するための出口温度範囲も異なる。 （7）分解深さ関数（S） 温度と滞留時間が分解深さに与える影響を考慮し、分解温度Tと滞留時間θの間には次のような関係があるとされている：S=Tθm ここで、mには0.06または0.027を用いることができる。Sは分解深さ関数と呼ばれる。 （8）動力学的分解深さ関数 分解原料の分解反応を一次反応として扱う場合、原料の転化率aと反応速度定数k、および滞留時間θの間には次の関係が成り立つ：1/(1-a)∫kdθ=ln ∫kdθ。これにより、温度分布や滞留時間分布が分解原料の転化度や分解深さに与える影響を表すことができ、ある程度分解深さを定量的に表現することが可能である。しかし、∫kdθは温度と滞留時間分布の関数であるだけでなく、分解原料の性質の関数でもある。分解原料の性質の影響を避け、管状分解炉の異なる反応コイルの分解性能を評価するために、同じ分解原料を異なる反応コイルで分解させ、そこで得られた各反応コイルにおける異なる∫kdθ値に基づいて反応コイルを評価することができる。これに基づき、S&W社はノルムペンタンを「標準原料」として提案し、ノルムペンタンの分解によって得られる∫kdθを動力学的分解深さ関数（KSF）と定義した：KSF=∫kc5dθ=∫Ac5exp(-Ec5/RT) ここで、Kc5はノルムペンタンの分解における反応速度定数である； Ac5——正ペンタン分解反応の頻度因子； Ec5——正ペンタンの分解反応の活性化エネルギー。 明らかに、動力学的分解深さ関数KSFは原料の性質とは無関係なパラメータであり、分解温度分布と滞留時間が分解深さに与える影響を反映している。最近、一部の研究者は∫kdθを分解深さ指数CSIと定義しており、ここでkは特定の原料の反応速度定数である。したがって、分解深さ指数CBS=∫kdθは、温度や滞留時間だけでなく、分解原料の性質にも関連している。

1）原料転換率α 2）メタン収率 3）エチレン収率 4）分解ガソリン中のH/C比 5）分解深さ関数（S） 6）動力学的分解深さ関数（KSF）など

1、メタン収率。 2、エチレンに対するプロピレンの収率比。 3、メタンによるエチレンまたはプロピレンの収率比。 4、液体生成物の水素含有量および水素炭素原子比。 5、分解炉の出口温度。 6、分解深さ関数。 7、動力学分解深さ関数。

1）原料転換率α 2）メタン収率 3）エチレン収率 4）分解ガソリン中のH/C比 5）分解深さ関数（S） 6）動力学的分解深さ関数（KSF）など。