JP2002524582A - オレフィンの製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
接触脱水素化もしくはクラッキングにより製造することができる。本明細書にお
いて「クラッキング」という用語は、これら両化学反応を包含すべく使用される
。自熱クラッキング法においては、炭化水素供給物を酸素含有ガスと混合すると
共に、燃料リッチ可燃性限界を越えて燃焼を支持しうる触媒と接触させる。炭化
水素供給物は部分的に燃焼し、発生した熱を用いてクラッキング反応を進行させ
る。
の公報はたとえばエタン、プロパンおよび/またはブタンのパラフィン系供給物
の使用を記載しており、これを酸素と混合すると共にクラッキングしてオレフィ
ン混合物を生成させる。クラッキング反応は吸熱性であって、800℃よりも高
い高められた温度で行われる。
る。供給物は予熱することもできるが、温度は自己発火の危険性に基づき制限さ
れる。クラッキングにつき用いうる供給物の量は、燃焼に要する供給物の量を減
少させることにより最大化することが望ましい。
を見出すことが特に本発明の目的である。
においては、たとえば炭化水素のような気体燃料が触媒の存在下に発熱反応にて
酸素と反応する。反応条件は、酸素の全部がこのプロセスに際し消費されないよ
う確保すべく制御される。反応により発生した熱エネルギーは未反応酸素を加熱
し、従って炭化水素供給原料のクラッキングを進行させる追加熱源を与える。
第1触媒と接触させ、 (c) 炭化水素供給原料からなる第2供給流を供給し、 (d) 前記第2供給流と工程(b)の前記生成物流と工程(b)の前記未反応
酸素とを、酸化を支持しうる第2触媒と接触させることにより未反応酸素の少な
くとも1部を消費させてオレフィン生成物を生成させる ことからなる炭化水素からのオレフィンの製造方法が提供される。
1触媒と接触させ、 (c) 炭化水素供給原料からなる第2供給流を供給し、 (d) 前記第2供給流と工程(b)の前記生成物流と工程(b)の前記未反応
酸素とを、酸化を支持しうる第2触媒と接触させることにより未反応酸素の少な
くとも1部を消費させてオレフィン生成物を生成させる 各工程からなる炭化水素からのオレフィンの製造方法が提供される。
を発生すべく消費される炭化水素供給原料の量を最小化させる手段を与える。こ
のように消費される炭化水素の量を減少させることにより、炭化水素供給原料の
一層大の割合をオレフィン生成物への変換に用いうる。これは一層高いオレフィ
ン収率およびオレフィン生成物への向上した選択率をもたらしうる。反応器に対
する処理量も増大する。
る。このようにして、不揮発性炭化水素は触媒上で凝集して触媒活性を低下させ
ないよう防止される。これは、反応器に対する一層高い処理量を可能にする。重
質残油含有供給物にて、本発明の方法は触媒脱コークス間のオイル処理における
時間を増大させるという追加利点をも与える。
る。適する例は炭化水素、たとえばメタン、エタン、プロパンおよびブタンを包
含し、メタンが好適である。他の適する燃料は水素、一酸化炭素、アルコール(
たとえばメタノール、エタノール)、酸素化物および/またはアンモニアを包含
する。廃棄燃料流も使用することができる。
含有ガスはたとえば窒素、ヘリウムもしくはアルゴンのような不活性ガスと混合
することができる。たとえば水素、一酸化炭素、二酸化炭素および水蒸気のよう
な追加供給物成分も含ませることができる。
りも高い燃料と酸素との比を有する。たとえば供給物における燃料と酸素との比
は、二酸化炭素への完全燃焼に要する水に対する化学量論比の1.5〜4倍、好
ましくは3倍とすることができる。
)に際し未反応に留まるよう確保すべく制御される反応条件下に、第1触媒と接
触させる。工程(b)にて発生した熱エネルギーは未反応酸素を加熱し、これに
より工程(d)にて炭化水素供給原料をクラッキングするのに必要な熱の1部を
供給する。
、第1供給流における気体燃料(たとえば炭化水素)は酸素と反応して酸化物(
たとえば炭素酸化物)および水からなる生成物流を生成することができる。この
種の具体例においては、燃焼触媒を第1触媒として用いる。適する燃焼触媒は、
たとえば白金および/またはパラジウムのような第VIII族金属を包含する。
触媒は0.1〜5重量%、好ましくは0.25〜3重量%の金属を含むことがで
きる。触媒の金属充填量は、第1供給流における全酸素が工程(b)にて消費さ
れないよう確保すべく選択しうることが了解されよう。
スを生成する。この具体例においては炭化水素(たとえばメタン)を含む第1供
給流を用い、これは酸素と反応して一酸化炭素と水素とを生成する。これら気体
生成物はたとえば酸素と発熱反応して、工程(d)におけるクラッキング反応を
進行させる更なる熱源を供給することができる。この具体例において、用いる触
媒は合成ガス生成反応を支持しうるものである。適する触媒はロジウム、白金、
パラジウム、ニッケルまたはその混合物を含む。好ましくはロジウム触媒を使用
する。触媒は0.1〜5重量%、好ましくは0.25〜3重量%の金属を含みう
る。燃焼触媒に関し、触媒の金属充填量を変化させて第1供給流における全酸素
が工程(b)にて消費されないよう確保することができる。
の気体燃料(これは第1気体燃料と同一でも異なってもよい)を酸素含有ガスと
反応させて合成ガスを生成させる。これら両反応は発熱性であって、その後の工
程(d)におけるクラッキング反応を進行させる熱の1部を供給することができ
る。しかしながら、これら反応の少なくとも1つにおいて、用いる酸素含有ガス
の全部は消費されない。この未反応酸素の少なくとも1部を工程(d)で消費さ
せて、本発明のオレフィン生成物を生成させる。本発明の第1触媒は支持するこ
とができる。適する触媒支持体はセラミック支持体および金属支持体の範囲を包
含し、アルミナ支持体が好適である。支持体は球状または他の粒子形状とするこ
とができ、薄層として或いは他の支持体におけるウォッシュコートとして存在さ
せることができる。好ましくは、支持体はたとえばフォームもしくはレギュラー
チャンネルモノリスのような連続多チャンネルセラミック構造体である。好適具
体例においては、γ−アルミナ被覆α−アルミナである。代案として、ジルコニ
アまたはγ−アルミナ被覆リチウム−アルミニウム珪酸塩フォーム支持体も使用
することができる。触媒支持体の性質を変化させて、第1供給流における全酸素
が工程(b)にて消費されないよう確保することができる。
しくは950〜1050℃の温度にて第1触媒と接触させることができる。
力にて第1触媒と接触させることができる。高められた圧力を用いる場合、1b
araより高い任意の圧力を用いることができる。適する高められた圧力は1.
1〜50bara(たとえば5〜50bara)であるが、1.1〜8bara
の圧力、たとえば1.8baraが好適である。用いる正確な圧力は用いる特定
反応条件および気体燃料に応じて変化することが了解されよう。
器にて行うことができる。2−反応帯域−反応器を用いる場合、第1反応帯域に
は第1触媒を設けると共に第2反応帯域には第2触媒を設ける。従って第1供給
流を第1反応帯域中へ適する反応条件下に導入する場合、工程(b)の反応が生
ずる。工程(b)で生じた未反応酸素を次いで第2反応帯域に導入し、ここで第
2触媒および第2供給流と工程(d)に記載したように接触させる。
れる。副チャンバは第1反応帯域を画定しうると共に、主反応チャンバは第2反
応帯域を画定し、またはその逆とすることもできる。代案具体例において、第1
および第2反応帯域は、嵌合した一般に同心チューブ状ハウジングにより画定さ
れる。好ましくは、外側ハウジングが内側ハウジングの端部を越えて延び、従っ
て内側ハウジングから外側ハウジングに流入する流体は第2触媒と接触する前に
第2供給流と混合する。有利には、混合手段を第1反応帯域と第2反応帯域との
間に設けることができる。適する混合手段はグリッド、有孔プレートおよび/ま
たは邪魔板を包含する。
して測定することができる。これは次のように規定される: GHSV=全供給物容積/(時間×触媒床容積)
h−1より大、特に好ましくは300,000h−1より大のガス空時速度にて
導入する。最適ガス空時速度は供給組成物の圧力および性質に依存することが了
解されよう。一般に、第1供給流における酸素の全部が消費されないよう確保す
るには、高い見かけ線状速度が好適である。
2供給物流と一緒に第2触媒と接触させる。その後の反応にて未反応酸素の少な
くとも1部が消費され、オレフィン生成物が生ずる。好ましくは実質上全部の未
反応酸素が消費される。
体例においては、工程(c)の未反応酸素と生成物流とを、供給条件下で計算し
て1m/sより大、好ましくは3m/sより大の速度にて第2反応帯域中へ導入
する。これら速度は、第1反応帯域中への逆流を防止するのに充分な高さである
。工程(b)からの生成流は第2供給流と予備混合することができ、得られた反
応体混合物を第2触媒と接触させることができる。適する混合手段は邪魔板、グ
リッドまたは有孔プレートを包含する。代案として、工程(c)の未反応酸素と
生成物流とを第2供給流と一緒に第2触媒と予備混合工程の不存在下に接触させ
ることもできる。
化水素またはその混合物を用いることができる。適する気体炭化水素はエタン、
プロパン、ブタンおよびその混合物を包含する。適する重質炭化水素はナフサ、
ガス油、減圧ガス油、精油所残油、大気圧残油、減圧残油、並びに原油および燃
料油を包含する。たとえば水素、窒素、一酸化炭素、二酸化炭素および水蒸気の
ような追加供給成分も第2供給流に含ませることができる。水素および/または
一酸化炭素は存在する未反応酸素と反応して、クラッキング過程を進行させる追
加熱を発生することができる。
ができる。炭化水素を液体として接触させる場合、炭化水素は第2触媒に液滴の
スプレーとして導入し、部分的気化および均質混合が生じうるようにする。本発
明の具体例において、液体炭化水素はノズルを用いて第2触媒に導入される。
と交互にすることができる。従来、これは触媒上で凝縮してその活性を低下させ
うる一層重質かつ揮発性の少ない炭化水素に対する触媒の露出を制限すべく行わ
れる。本発明によれば、第2触媒を工程(b)により高められた温度に維持する
。従って本発明は触媒を重質炭化水素と一層長時間にわたり接触させることがで
き、一層高い反応器に対する処理量を可能にする。重質炭化水素クラッキング法
の効率が従って増大する。第2供給量は10,000h−1より大、好ましく2
0,000h−1より大、特に好ましくは100,000h−1より大のガス空
時速度にて導入される。しかしながら、最適ガス空時速度は供給組成物の圧力お
よび性質に依存することが了解されよう。
びペンテンまたはその混合物のようなオレフィンまでクラッキングすることがで
きる。
典型的には白金である。本発明の1具体例においては、たとえば銅、錫および/
またはパラジウムのような第2金属を白金に添加する。好ましくは、白金および
/またはパラジウムを含有する触媒を使用する。触媒は0.1〜5重量%、好ま
しくは0.25〜1重量%の金属を含むことができる。
持体および金属支持体を包含し、アルミナ支持体が好適である。支持体は球状ま
たは他の粒子形状とすることができ、薄層として或いは他の支持体におけるウォ
ッシュコートとして存在させることができる。好ましくは支持体は、たとえばフ
ォームまたはレギュラーチャンネルモノリスのような連続多チャンネルセラミッ
ク構造体である。好適具体例においては、γ−アルミナ被覆α−アルミナ支持体
を用いる。しかしながら、γ−アルミナ被覆リチウムアルミニウム珪素塩(LA
S)フォーム支持体またはジルコニアセラミックフォームも使用することができ
る。代案具体例として、第2触媒はペロブスカイト構造を有する酸化金属化合物
である。
ができる。本発明においては酸素とクラッキングしうる炭化水素とを別々にクラ
ッキング帯域または第2反応帯域に導入することができる。従って、予熱された
流れの温度は自己発火の配慮で制限する必要はなく、第2供給物流における炭化
水素供給原料を200〜600℃、好ましくは500〜600℃の温度まで加熱
することができる。
0℃、特に好ましくは900〜1000℃の温度にて行うことができる。最適温
度は供給混合物および操作圧力に依存することが了解されよう。
る高められた圧力は1.1〜50bara、たとえば5〜50baraの範囲で
あるが、1.1〜8bara(たとえば1.8bara)の圧力が好適である。
用いる正確な圧力は、用いる特定反応条件および気体燃料に依存して変化するこ
とが了解されよう。
ャンバから流出する際に急冷して、更なる反応が生じないよう回避することがで
きる。反応生成物は生成から50ミリ秒以内に冷却することができる。しかしな
がら、生成物形成と急冷作用との間に要する時間はたとえば圧力および温度のよ
うな反応条件に依存することが了解されよう。
て急冷することができる。追加的または代案として、直接的急冷を用いることも
できる。適する急冷用流体はたとえば水およびエタンもしくはナフサのような炭
化水素を包含する。
定床反応器が好適である。
9 446号(参考のためここに引用する)に記載された脱コークス法の1つを
用いて除去することができる。
応体帯域と、(ii)主反応チャンバ(内径35mm)の形態の第2反応帯域と
からなる金属反応器を用いた。副反応チャンバを主反応チャンバに入口を介し接
続した。
.2g/min、13.6g/min、0.4g/minおよび1.1g/mi
nの供給速度にて導入した。エタンおよび窒素同時供給物を主反応チャンバ中へ
、それぞれ約22.5〜24.48g/minおよび1.1〜1.3g/min
の速度にて導入した。エタンを200〜500℃に予熱した。
ート)モノリス(直径15mm×長さ30mm、10ppi)を、副および主チ
ャンバを接続する入口に隣接して副反応チャンバに位置せしめた。副供給流を副
触媒と接触させて、生成物流および未反応酸素を生成させた。第1触媒の性質(
たとえば触媒長さ、金属充填量、多硬度など)を、主反応チャンバに流入する流
れに充分量の未反応酸素が存在して自熱クラッキング反応を支持するよう確保す
べく選択した。
アルミナシリケート(LAS)フォームの形態における主触媒(直径28mm×
長さ15mm、30ppi)を主反応チャンバに位置せしめた。主触媒を副反応
チャンバ/主反応チャンバ界面の下に位置せしめて、副反応チャンバからの生成
物流と主供給流との間の充分な混合を可能にした。得られた混合物を主触媒と接
触させ、これにより実質的に全ての未反応酸素を消費してエテンからなるオレフ
ィン生成物を生ぜしめた。
圧近くで操作した。
、用いたエタン質量に対するエテン質量の比として規定される。生成物組成(重
量%C)は、供給物における炭素の全重量に対する生成物における炭素の重量の
比として規定される。
ンバには、実施例1の主Pd/Pt触媒と同一であるLAS上の0.1重量%P
d/0.2重量%Pt触媒を充填した。エタンと酸素と窒素同時供給物とを、下
表1bに示した供給速度にて反応チャンバに導入した。各反応体を150℃の温
度まで予熱した。
フィン生成物を生ぜしめた。表1bは、実施例1で得られた選択率およびエテン
/酸素質量比をこの比較例で得られた結果と比較する。
選択率およびエテン/酸素質量比に関する利点を示す。
、Pt/Pd副触媒の代わりに、30ppiの約2重量%Rh触媒(直径15m
m×長さ15mm)を用いた。
見られるように、たとえばフォーティース減圧残油、アラビア軽質減圧残油およ
びアラビア軽質大気圧残油のような炭化水素供給原料を用いた。この実施例は、
両端部にてフランジ付けされると共に石英ライナーを装着して熱ロスを最小化さ
せた金属チューブで形成される反応器を用いて行った。反応器は副反応チャンバ
(内径18mm)の形態における第1反応帯域を備える。これを、主反応チャン
バ(内径35mm)の形態の第2反応帯域に入口を介し直角に接続した。
OD*深さ、10ppi)を設けた。フォーム支持体には、フォーティスVR
を主触媒供給流に用いた場合には1.5重量%Ptおよび0.3重量%Pdを充
填した。これに対しアラビア軽質減圧残油およびアラビア軽質大気圧残油を主供
給流に用いた場合は、それぞれ0.25重量%Ptおよび0.05重量%Pdの
金属充填量を用いた。
重量%Pdからなる触媒床(28mm OD*30mm深さ、10ppi LA
Sフォーム)を設けた。
、12.7g/minおよび0.5g/minの速度で導入した。これらガスを
副触媒と接触させて、生成物流および未反応酸素を生成させた。第1触媒の性質
(たとえば触媒長さ、金属充填量、多硬度)を、充分量の未反応酸素が副反応チ
ャンバに流入する流れに存在して自熱クラッキング反応を支持するよう確保すべ
く選択した。
いて主反応チャンバに供給した。窒素(カレントガス)を、回動チャンバの直ぐ
上の1/16インチのチューブを介しノズル中へ1.5ml/minで供給して
油/ガス混合物を生成させた。油および窒素の重量はそれぞれ約33.0g/m
inおよび1.5g/minである。
を30〜60°の円錐角度にて触媒に噴霧した。
反応チャンバ出口パイプの長さは、温度に依存して100〜150msの滞留時
間に等しくした。
に示す。
Claims (17)
- 【請求項1】 (a) 気体燃料と酸素含有ガスとからなる第1供給流を供
給し、 (b) 前記第1供給流を、生成物流と未反応酸素とを生成するような条件下で
第1触媒と接触させ、 (c) 炭化水素供給原料からなる第2供給流を供給し、 (d) 前記第2供給流と工程(b)の前記生成物流と工程(b)の前記未反応
酸素とを、酸化を支持しうる第2触媒と接触させることにより未反応酸素の少な
くとも1部を消費させてオレフィン生成物を生成させる ことを特徴とする炭化水素からのオレフィンの製造方法。 - 【請求項2】 気体燃料を炭化水素、水素、一酸化炭素、アルコール、酸素
化物および/またはアンモニアよりなる群から選択する請求項1に記載の方法。 - 【請求項3】 気体燃料がメタン、エタン、プロパンおよび/またはブタン
である請求項2に記載の方法。 - 【請求項4】 気体燃料と酸素含有ガスとの間の反応が合成ガス生成反応で
ある請求項3に記載の方法。 - 【請求項5】 気体燃料と酸素含有ガスとの間の反応が燃焼反応である請求
項1〜3のいずれか一項に記載の方法。 - 【請求項6】 第1触媒がロジウム、白金、パラジウム、ニッケルまたはそ
の混合物を含む請求項1〜5のいずれか一項に記載の方法。 - 【請求項7】 第1供給流における気体燃料と酸素との比が二酸化炭素への
完全燃焼に要する水に対する化学量論比の1.5〜4倍である請求項1〜6のい
ずれか一項に記載の方法。 - 【請求項8】 互いに流体連通する少なくとも2つの反応帯域からなる反応
器にて行う請求項1〜7のいずれか一項に記載の方法。 - 【請求項9】 第1反応帯域には第1触媒を設けると共に、第2反応帯域に
は第2触媒を設ける請求項8に記載の方法。 - 【請求項10】 反応器が主チャンバと副チャンバとからなり、前記チャン
バの一方が第1反応帯域を画定すると共に前記チャンバの他方が第2反応帯域を
画定する請求項9に記載の方法。 - 【請求項11】 第1および第2反応帯域が少なくとも2つの嵌合チューブ
状ハウジングにより画定される請求項9に記載の方法。 - 【請求項12】 外側の前記ハウジングが内側の前記ハウジングの端部を越
えて延び、前記内側ハウジングから前記外側ハウジングに流入する流体が第2触
媒と接触する前に第2供給流と混合するようにしてなる請求項11に記載の方法
。 - 【請求項13】 第2供給流の炭化水素供給原料が気体炭化水素、重質炭化
水素またはその混合物からなる請求項1〜12のいずれか一項に記載の方法。 - 【請求項14】 炭化水素供給原料がエタン、プロパン、ブタンおよびその
混合物である請求項13に記載の方法。 - 【請求項15】 炭化水素供給原料がナフサ、ガス油、減圧ガス油、精油所
残油、大気圧残油、減圧残油および/または原油および燃料油である請求項13
に記載の方法。 - 【請求項16】 水素、窒素、一酸化炭素、二酸化炭素および水蒸気の少な
くとも1種をも追加供給成分として第1もしくは第2供給流に含ませうる請求項
1〜15のいずれか一項に記載の方法。 - 【請求項17】 第2触媒が銅、錫、白金および/またはパラジウムを含む
請求項1〜16のいずれか一項に記載の方法。
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