JP2003531243A - ナフサおよびサイクル油の転化方法 - Google Patents

ナフサおよびサイクル油の転化方法

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JP2003531243A JP2001577376A JP2001577376A JP2003531243A JP 2003531243 A JP2003531243 A JP 2003531243A JP 2001577376 A JP2001577376 A JP 2001577376A JP 2001577376 A JP2001577376 A JP 2001577376A JP 2003531243 A JP2003531243 A JP 2003531243A
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cycle oil
catalytic cracking
catalyst
hydrotreated
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スワン,ジョージ,アレキサンダー,3世
ウィンター,ウィリアム,エドワード
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Exxon Research and Engineering Co
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Abstract

(57)【要約】 本発明は、接触分解反応で製造されたナフサおよびサイクル油を、軽質オレフィンに転化する方法に関する。より詳細には、本発明は、接触分解した軽質サイクル油を水素処理し、次いでそれを、一次FCC上昇管反応器の上流側の領域で、ナフサと共に再クラッキングする方法に関する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】 発明の背景 本発明は、接触分解反応で製造されたナフサおよびサイクル油を、軽質オレフ
ィン類に転化する方法に関する。一つの態様では、本発明は、接触分解した軽質
ナフサ(「軽質接触分解ナフサ」または「LCN」)および接触分解した軽質サ
イクル油(「軽質接触分解サイクル油」、「LCO」または「LCCO」)を、
従来のゼオライト接触分解触媒を用いて軽質オレフィン類に転化する方法に関す
る。
【0002】 流動接触分解(「FCC」)で製造されるLCCOなどのサイクル油は、ナフ
タレンなどの多環芳香族種を含有する。低公害燃料を形成するブレンド原料油の
必要性から、含有する多環芳香族の濃度が低減されたFCC生成物の需要が増大
している。アルキル化、オリゴマー化、重合およびMTBEやETBEの合成プ
ロセスに使用するために分離される、含有する軽質オレフィンの濃度が増大した
FCC生成物の需要もまた増大している。C〜Cオレフィン濃度が増大し、
多環芳香族濃度が低減され、高い分子量のオレフィンを含有する、低公害、高オ
クタンFCC生成物が特に必要とされている。
【0003】 高オクタンガソリンは従来、LCOを水素処理し、次いで、FCCユニット、
または時に外付け接触分解装置と呼ばれる追加の接触分解ユニットにおいて、水
素処理済みサイクル油を再クラッキングすることによって製造されている。
【0004】 かかる従来の方法では、LCCOなどのサイクル油の水素処理によって、ナフ
タレンなどの二環式芳香族炭化水素および炭素質種が部分的に飽和され、テトラ
ヒドロナフタレンおよびそのアルキル置換誘導体(「テトラヒドロナフタレン誘
導体」)が生成する。水素処理は、サイクル油中に部分飽和芳香族種が生じる条
件下で行われる。従来の一方法では、最も豊富に存在する芳香族種としてナフタ
レンを含有するサイクル油を、テトラヒドロナフタレン(デカヒドロナフタレン
ではなく)が水素処理生成物中に最も豊富に存在する芳香族種であるような、比
較的穏やかな条件下で水素処理する。
【0005】 残念ながら、LCNなどのナフサ沸点範囲のストリーム存在下で、主に部分飽
和種を含有する水素処理済みサイクル油を再クラッキングすると、部分飽和種(
例えばテトラヒドロナフタレン)が多環式芳香族(例えばナフタレン)に転化さ
れる好ましくない水素移動反応が起こる。その結果として、再クラッキング工程
で製造されるオレフィンの量が減少することになる。
【0006】 従って、ナフサおよびLCCOなどの水素処理済みサイクル油から軽質オレフ
ィン(C〜C)を形成する方法であって、得られた生成物中のオレフィン濃
度が高まる方法が、依然として必要とされている。
【0007】 発明の概要 本発明の一実施形態は、炭化水素性原料を接触分解する方法を含む。本方法は
、(a)第1反応域および第2反応域を有し、前記第1反応域が第2反応域の下
流側にあるFCC上昇管反応器に、再生触媒を導入する工程;(b)炭化水素性
原料を前記第1反応域に導入する工程;(c)前記第1反応域中、炭化水素性原
料が接触分解される条件下にて、前記炭化水素性原料を前記接触分解触媒と接触
させて、分解生成物を製造する工程;(d)分解生成物を触媒から分離する工程
;(e)触媒をストリッピングする工程;(f)分解生成物から、少なくともナ
フサ留分および芳香族種を含有するサイクル油留分を分離する工程;(g)サイ
クル油中の芳香族種の相当の部分をデカヒドロナフタレンに転化することにより
、水素処理済みサイクル油を形成する工程;(h)工程(e)からの触媒を少な
くとも酸素を含有するガスと接触させて、再生触媒を形成する工程;(i)ナフ
サ留分および水素処理済みサイクル油を第2反応域に導入する工程;および(j
)サイクル油が接触分解される条件下で、再生触媒をナフサ留分および水素処理
済みサイクル油と接触させる工程を含む。
【0008】 本発明の他の実施形態は、炭化水素性原料を接触分解する方法を含む。本方法
は、(a)接触分解条件下にて、FCC反応器中で炭化水素性原料を接触分解触
媒と接触させて、分解生成物を製造する工程;(b)前記分解生成物から、少な
くともナフサ留分および芳香族種を含有するサイクル油を分離する工程;(c)
サイクル油中の芳香族種の相当の部分をデカヒドロナフタレンに転化することに
より、水素処理済みサイクル油を形成する工程;および(d)ナフサ留分および
水素処理済みサイクル油を、炭化水素性原料が接触分解触媒と接触する位置より
も上流の位置で、FCC反応器に導入する工程を含む。
【0009】 発明の詳細な説明 本発明は、ナフサおよび相当の量のデカヒドロナフタレンを含有する水素処理
済みサイクル油を、ガスオイルまたは残油原料注入位置よりも上流の位置で、一
次原料上昇管を通じてFCC反応域に再循環することにより、ナフサおよび水素
処理済みサイクル油がプロピレンなどの軽質オレフィンに有利に転化されるとい
う発見に基づくものである。本出願人らは、ガスオイルまたは残油原料注入位置
よりも上流の位置で、FCC反応域にかかる再循環ストリームを注入すると、サ
イクル油中に存在する潜在的な水素供与体が、一次炭化水素原料と接触する前に
再クラッキングされることによって、好ましくない水素移動反応が抑制されるも
のと考える。
【0010】 何らかの理論に束縛されるものではないが、本出願人らは、第2反応域内にお
けるナフサおよび水素処理済みサイクル油の分解により、分解生成物中の相当の
濃度のプロピレンが得られると考える。本出願人らはまた、サイクル油中の多環
式芳香族種、例えばナフタレンおよびそのアルキル置換誘導体(「ナフタレン誘
導体」)、並びにテトラヒドロナフタレンを飽和させることによって、水素処理
済みサイクル油とナフサ中の水素受容体種との間の有害な水素移動反応が減少す
ると考える。従って、好ましくない多環式芳香族の形成が避けられ、飽和多環式
種の少なくとも一部をプロピレンなどの軽質オレフィンに分解することが可能と
なる。
【0011】 本明細書中で使用されるサイクル油には、重質サイクル油、軽質サイクル油お
よびそれらの混合物が含まれる。重質サイクル油とは、沸点範囲240℃〜37
0℃(約465°F〜約700°F)の炭化水素ストリームを意味する。軽質サ
イクル油とは、沸点範囲190℃〜240℃(約375°F〜約465°F)の
炭化水素ストリームを意味する。ナフサとは、大気圧で約190℃未満の終点を
有する炭化水素ストリームを意味し、パイプスチル(直留ナフサ)および接触分
解ユニット(接触分解ナフサ)などの源から誘導することが可能である。軽質接
触分解ナフサは、約150℃(300°F)未満の終点を有し、C〜Cのオ
レフィン、C〜Cの単環芳香族およびC〜Cのパラフィンを含有する。
水素処理済みサイクル油および軽質接触分解ナフサ(本明細書では、ナフサ留分
とも呼ぶ)を、水素処理済みサイクル油およびナフサ留分の合計重量を基準とし
て2〜50重量%の水蒸気と共に第2反応器域中に投入することが好ましい。
【0012】 本明細書に記述される接触分解プロセスにおける第1反応域へ供給される炭化
水素性原料には、ナフサ;沸点範囲約430°F〜約1050°F(220〜5
65℃)の炭化水素油、例えばガスオイル;沸点が1050°F(565℃)を
超える物質を含有する重質炭化水素性油;重質かつ常圧蒸留された石油原油;石
油の常圧蒸留塔底物;石油の減圧蒸留塔底物;ピッチ、アスファルト、ビチュー
メンやその他の重質炭化水素残留物;タールサンド油;頁岩油;石炭液化プロセ
スから誘導された液体生成物;およびそれらの混合物が含まれる。炭化水素性原
料は、石油原料中で通常見られる量の硫黄、窒素および他の成分を含有していて
もよく、含有していなくてもよい。
【0013】 接触分解プロセスは、従来の1つまたは複数のFCCプロセスユニットで行う
ことが可能である。各ユニットは、第1反応域、第1反応域の上流側にある第2
反応域、ストリッピング域、触媒再生域および別々の生成物を分離するための少
なくとも1つの分離域とを有する上昇管反応器を備える。ユニットは、気体状の
生成物から触媒を分離するための1つまたは複数のサイクロンを備えていてもよ
い気−固分離域を含んでいてもよい。
【0014】 原料は上昇管反応器に送られ、第1反応域中に投入される。そこで一次原料は
、高温の再生触媒の流動ソースと接触する。その高温の触媒は、温度約450℃
〜650℃、好ましくは約525℃〜600℃で一次原料を蒸発させ、分解する
。その分解反応によって、触媒上にコークとも呼ばれる炭素質物質が析出し、そ
れによって触媒が失活する。コーク化した触媒から分解生成物を分離し、分解生
成物の少なくとも一部を、分留器などの分離装置に送ることが可能である。分留
器によって、分解生成物から少なくともナフサ留分とサイクル油留分とが分離さ
れる。
【0015】 コーク化触媒は、ストリッピング域を通って流れ、その域では水蒸気などのス
トリッピング剤によって、触媒粒子から揮発物(ストリッピング可能な炭化水素
)がストリッピングされる。熱収支のために、過酷度の低い条件下でストリッピ
ングを行い、吸着された炭化水素を保持することが可能である。次いで、ストリ
ッピングした触媒を再生域に送り、そこで、酸素含有ガス、好ましくは空気の存
在下にて触媒上のコークを燃焼することによって、触媒を再生する。デコ−キン
グは、触媒活性を取り戻し、同時に触媒を例えば650℃〜800℃に加熱する
。次いでその高温の触媒を、第2反応域上流側に近い位置、または第2反応域の
わずかに上流側の位置でFCC上昇管反応器に再循環する。再生器中でコークを
燃焼することによって形成された煙道ガスを処理して、粒子を除去し、一酸化炭
素の転化を行なってもよい。
【0016】 上述のように、ナフサ留分およびサイクル油留分を、分解生成物から分離する
。続いて、相当の濃度のデカヒドロナフタレンおよびそのアルキル置換誘導体(
デカヒドロナフタレン誘導体)を有する水素処理済みサイクル油を形成するため
に、サイクル油の少なくとも一部を水素処理条件下にて水素処理触媒存在下で水
素処理する。水素処理は、1つまたは複数の水素処理反応器内で行うことができ
る。水素処理済みサイクル油の少なくとも一部は、上昇管反応器に送られ、第2
反応域へナフサ留分と共に注入される。
【0017】 サイクル油の水素処理は、ナフタレンおよびそのアルキル置換誘導体(ナフタ
レン誘導体)、並びにテトラヒドロナフタレンおよびそのアルキル置換誘導体(
テトラヒドロナフタレン誘導体)などの芳香族種をデカヒドロナフタレンへ転化
する条件下で行われる。何らかの理論や模範に束縛されるものではないが、本出
願人らは、そのような水素処理条件により、相当量のテトラヒドロナフタレンを
製造することを目的とする従来の方法に従って水素処理したサイクル油と比較し
て、分解により軽質オレフィン(C〜C)が生成する傾向が大きい水素処理
済みサイクル油が得られると考える。
【0018】 その水素処理は、デカヒドロナフタレンおよびその誘導体が、水素処理済みサ
イクル油中で最も豊富に存在する二環式種であるように行うことが好ましい。デ
カヒドロナフタレンおよびその誘導体が、水素処理済みサイクル油中で最も豊富
に存在する飽和種であることがさらに好ましい。
【0019】 水素処理済みサイクル油の総重量を基準として、水素処理済みサイクル油中に
おける芳香族種の総含有量は約0〜約5重量%の範囲であり、二環以上の芳香族
種の総含有量は約0〜約1重量%、好ましくは0〜0.1重量%、さらに好まし
くは0〜0.05重量%、最も好ましくは0〜0.01重量%の範囲である。よ
り好ましくは、水素処理済みサイクル油の総重量を基準として、水素処理済みサ
イクル油中における芳香族種の総含有量は5重量%未満、さらに好ましくは約1
重量%未満、さらに好ましくは約0〜約0.6重量%の範囲であり、二環以上の
芳香族種の総含有量は1重量%未満、さらに好ましくは0.1重量%未満、さら
に好ましくは約0.01重量%以下である。
【0020】 第1反応域における処理条件は、温度約450℃〜約650℃、好ましくは約
525℃〜600℃、炭化水素分圧約10〜40psia、好ましくは約20〜
35psia、および触媒/重質原料(重量/重量)比(触媒重量は、触媒複合
物の総重量である)約3:12、好ましくは約4:10を含む。必要ではないが
、一次原料と同時に、水蒸気を第1反応域中に導入してもよい。水蒸気は、一次
供給原料の総重量の約10重量%以下、好ましくは約1〜約2重量%である。第
1反応域における一次原料の滞留時間は、約10秒未満であることが好ましく、
さらに好ましくは約1〜10秒である。
【0021】 第2反応域における処理条件は、温度約550℃〜約700℃、好ましくは約
525℃〜650℃、炭化水素分圧約10〜40psia、好ましくは約20〜
35psia、および触媒/炭化水素(サイクル油およびナフサ)(重量/重量
)比(触媒重量は、触媒複合物の総重量である)約5:100、好ましくは約1
0:100を含む。必要ではないが、ナフサおよび水素処理済みサイクル油供給
原料と同時に、水蒸気を第2反応域中に導入してもよい。水蒸気は、重量を基準
にして、ナフサおよび水素処理済みサイクル油の総重量の約2重量%〜約50重
量%、好ましくは約10重量%である。第2反応域におけるナフサ留分−水素処
理済みサイクル油の滞留時間は、約10秒未満であることが好ましく、さらに好
ましくは約0.1〜10秒である。
【0022】 触媒は、炭化水素供給原料を接触分解するのに通常使用されるいずれの触媒で
あってもよい。接触分解触媒は、結晶性の四面体骨格構造を有する酸化物成分を
含むことが好ましい。この成分は、接触分解反応からの初期生成物の、清浄な生
成物への分解(例えば燃料に対してはナフサ、化学原料に対してはオレフィンな
ど)を触媒するために使用される。結晶性の四面体骨格構造を有する酸化物成分
は、ゼオライト、テクトケイ酸塩、四面体アルミノリン酸塩(ALPO)および
四面体シリコアルミノリン酸塩(SAPO)からなる群から選択されることが好
ましい。結晶性の四面体骨格構造を有する酸化物成分はゼオライトであることが
さらに好ましい。触媒は個々に、1種または複数種の触媒粒子、または他の反応
性または非反応性成分を含んでいてもよい。複数の種類の触媒粒子が触媒中に存
在していてもよい。例えば、個々の触媒粒子は、大細孔ゼオライト、形状選択性
ゼオライトおよびそれらの混合物を含有していてもよい。
【0023】 本発明で有用な触媒粒子は、約0.7ナノメートル(nm)を超える平均細孔
径を有する、少なくとも1種類の、ゼオライトとも呼ばれる結晶性アルミノケイ
酸塩を含有するもので、本明細書中では大細孔ゼオライトクラッキング触媒とも
呼ばれる。時に有効細孔径とも呼ばれるその細孔径は、標準的な吸着技術および
公知の最小動力学的直径の炭化水素を用いて測定することができる。Breck
の「Zeolite Molecular Sieves」(1974年)、お
よびAndersonらの「J.Catalysis」(第58巻、第114頁
、1979年)を参照のこと。これらはいずれも、引用により本明細書に含まれ
る。本発明で有用なゼオライトは、Atlas of Zeolite Str
ucture Types,eds.W.H.MeierおよびD.H.Ols
on,Butterworth−Heineman、第三版、1992年)(参
照により本明細書に組み込まれる)に開示される。上述のように、この触媒は、
ゼオライトを含有する粒子の形態であってもよい。この触媒は、微粉、不活性粒
子、金属種を含有する粒子およびそれらの混合物を含んでいてもよい。金属種を
含有する粒子には、白金化合物、金属白金およびそれらの混合物が含まれる。
【0024】 触媒粒子は、白金などの金属、亜リン酸含有種などのプロモーター種、粘土充
填剤、塔底物クラッキングおよび金属の不動態化などの触媒機能性を付与する種
を含有していてもよく、アルミニウム含有種を組み込むことによって提供するこ
とができる。
【0025】 かかる触媒粒子における適切なゼオライトは、ゼオライトYと同型構造のゼオ
ライトを含有する。これらには、希土類水素型および超安定性(USY)型など
のイオン交換形状が含まれる。ゼオライトのサイズは、約0.1〜約10ミクロ
ン、好ましくは約0.3〜約3ミクロンの範囲である。ゼオライトは、流動接触
分解触媒を形成するのに適切な多孔性母材材料と混合される。本発明の実施で使
用できる多孔性母材材料には、アルミナ、シリカ−アルミナ、シリカ−マグネシ
ア、シリカ−ジルコニア、シリカ−トリア、シリカ−ベリリア、シリカ−チタニ
ア、ならびに3元組成物、例えばシリカ−アルミナ−トリア、シリカ−アルミナ
−ジルコニア、マグネシアおよびシリカ−マグネシア−ジルコニアが含まれるが
、これらに限定されない。母材材料はコゲル(cogel)であってもよい。母
材材料自体が、一般には酸性の触媒特性を有していてもよい。
【0026】 他のクラッキング触媒には、ゼオライトYとゼオライトβとの混合物が含まれ
る。Yおよびβゼオライトは、同一の触媒粒子上にあっても、異なる粒子上にあ
ってもよく、またそれらの組み合わせであってもよい。かかる触媒は、参照によ
り本明細書に組み込まれる米国特許第5,314,612号に記載されている。
かかる触媒粒子は、シリカ、シリカ−アルミナ、アルミナ、またはかかる触媒粒
子に対して適切な他の母材材料からなる母材と組み合わされた、ゼオライトYと
ゼオライトβとの組み合わせからなる。得られた複合触媒粒子のゼオライト部分
は、約25〜約95重量%のゼオライトYからなり、その残りはゼオライトβか
らなる。
【0027】 さらに他のクラッキング触媒は、ゼオライトYと、ZSM−5などの形状選択
性ゼオライトとの混合物、または非晶質酸性材料とZSM−5との混合物を含有
する。Yゼオライト(またはその代わりに、非晶質酸性材料)および形状選択性
ゼオライトは、同一の触媒粒子上にあっても、異なる粒子上にあってもよく、ま
たそれらの組み合わせであってもよい。かかる触媒は、参照により本明細書に組
み込まれる米国特許第5,314,692号に記載されている。触媒のゼオライ
ト部分は通常、ゼオライトY(またはその代わりに、非晶質酸性材料)を約5重
量%〜約95重量%含有し、ゼオライト部分の残りは、ZSM−5からなる。
【0028】 形状選択性ゼオライト種には、約0.5nm〜約0.7nmの細孔径を有する
中間細孔径ゼオライトが含まれ、MFI、MFS、MEL、MTW、EUO、M
TT、HEU、FERおよびTON型構造(IUPAC委員会のゼオライト命名
法)のゼオライトが含まれる。かかる中間細孔径ゼオライトの例には、ZSM−
5、ZSM−12、ZSM−22、ZSM−23、ZSM−34、ZSM−35
、ZSM−38、ZSM−48、ZSM−50、シリカライト、およびシリカラ
イト2が含まれるが、これらに限定されない。米国特許第3,702,886号
および同第3,770,614号に記載のZSM−5が最も好ましい。ZSM−
11は、米国特許第3,709,979号に記載されており;ZSM−12は米
国特許第3,832,449号;ZSM−21およびZSM−38は米国特許第
3,948,758号;ZSM−23は米国特許第4,076,842号;ZS
M−35は米国特許第4,016,245号に記載されている。上記の特許はす
べて、参照により本明細書に組み込まれる。
【0029】 他の適切な中間細孔径ゼオライトには、米国特許第4,440,871号に記
載のSAPO−4およびSAPO−11などのシリコアルミノリン酸塩(SAP
O);クロモケイ酸塩;ケイ酸ガリウム;ケイ酸鉄;米国特許第4,310,4
40号に記載のALPO−11などのリン酸アルミニウム(ALPO);EP−
A229,295に記載のTASO−45などのアルミノケイ酸チタン(TAS
O);米国特許第4,254,297号に記載のケイ酸ホウ素;米国特許第4,
500,651号に記載のTAPO−11などのアルミノリン酸チタン(TAP
O);およびアルミノケイ酸鉄が含まれる。
【0030】 触媒種中の大細孔および形状選択性ゼオライトは、ゼオライトの合成中に結晶
または結晶質領域内で生じる欠陥の結果であると考えられる「結晶質混合材料」
を含んでいてもよい。ZSM−5およびZSM−11の結晶質混合材料の例は、
参照により本明細書に組み込まれる米国特許第4,229,424号に開示され
ている。その結晶質混合材料は、それ自体が中間細孔径、つまり形状選択性のサ
イズのゼオライトであり、異なるゼオライトの微結晶からなる別個の結晶が、同
一の触媒複合物または熱水反応混合物中に物理的に存在する、ゼオライトの物理
的混合材料とは混同されない。
【0031】 上述のように、本発明の方法は、FCC上昇管反応器の第1反応域内で一次供
給原料をクラッキングして、分解生成物を形成することを含む。ナフサおよびサ
イクル油の少なくとも一部を分解生成物から分離し、サイクル油留分を水素処理
して、相当のデカヒドロナフタレン濃度を有する水素処理済みサイクル油を形成
する。その水素処理済みサイクル油およびナフサ留分を、第2反応域中に注入す
るために上昇管反応器に送る。サイクル油の水素処理は、水素処理触媒存在下に
て水素処理条件で、水素処理反応器内で行うことができる。
【0032】 第2反応域に注入するための、ナフサ留分:水素処理済みサイクル油比は、サ
イクル油とナフサ留分の混合重量を基準として、約0〜約0.75の範囲である
べきである。その比は、約0.1〜約0.75の範囲であることが好ましく、さ
らに好ましくは約0.2〜約0.6である。
【0033】 水素処理という用語は、本明細書で広く用いられ、例えば芳香族種の水素添加
または飽和、水素化処理、水素化精製および水素化分解が含まれる。当業者には
公知のように、水素処理の程度は、触媒を適切に選択し、運転条件を最適化する
ことによって制御することができる。触媒有効量の水素添加触媒および水素を用
い、水素処理によって、相当量の芳香族種、例えばナフタレン、テトラヒドロナ
フタレンおよびその誘導体を、デカヒドロナフタレンおよびその誘導体に転化す
ることが好ましい。好ましくない種を、水素処理反応によって除去することもで
きる。
【0034】 多環芳香族種(例えば、ナフタレン)の、対応する完全飽和種(例えば、デカ
ヒドロナフタレン)への転化を最大にするという目的にかなう1つまたは複数の
工程で、水素処理を行うことが可能である。一段運転では、約200℃〜約55
0℃、さらに好ましくは約250℃〜約400℃の温度でその反応を行う。反応
圧力は、好ましくは約1000〜約3000psig、さらに好ましくは約12
00〜約2500psig、またさらに好ましくは約1300〜約2000ps
igの範囲である。空間速度は、約0.1〜6V/V/時間、好ましくは約0.
5〜約2V/V/時間、さらに好ましくは約0.8〜約2V/V/時間の範囲で
ある。V/V/時間は、オイル供給原料容積/触媒容積/時間である。
【0035】 水素含有ガスを添加して、水素導入率を1バレル当り約1,000〜約15,
000標準立方フィート(SCF/B)、さらに好ましくは約5,000〜約1
0,000SCF/Bとする。用いられる実際の条件は、原料の品質などの因子
や触媒によって異なるが、多環芳香族種のデカヒドロナフタレンへの転化を最大
にするという目的にかなうものとすべきである。
【0036】 二段運転においては、最初にサイクル油を第1段で水素処理して、相当量の硫
黄および窒素を除去し、ナフタレンなどの二環式芳香族をテトラヒドロナフタレ
ンなどの部分飽和種に、さらに好ましくはデカヒドロナフタレンなどの完全飽和
種に転化する。第2段の水素処理は主に、約100℃〜約600℃、好ましくは
約100℃〜約450℃、さらに好ましくは約200℃〜約400℃の温度範囲
で行われる水素添加反応である。反応圧力は、約100〜3000psig、好
ましくは約450〜約2000psig、さらに好ましくは約1300psig
〜約2000psigの範囲である。空間速度は、好ましくは約0.1〜6V/
V/時、さらに好ましくは約0.8〜約2V/V/時の範囲である。
【0037】 水素含有ガスを添加して、水素導入率を1バレル当り約500〜約15,00
0標準立方フィート(SCF/B)、さらに好ましくは約500〜約10,00
0SCF/Bとする。用いられる実際の条件は、原料の品質などの因子や触媒に
よって異なるが、第2のFCC反応器中に導入される水素処理済みサイクル油中
のデカヒドロナフタレンの濃度を最大にするという目的にかなうものとすべきで
ある。
【0038】 水素処理条件は、数種類の水素処理反応器のいずれかを用いて維持することが
できる。石油精製用途では、触媒粒子からなる固定床上において液相と気相がダ
ウンフローで並流する細流床反応器が最も一般的に使用されている。その他の反
応器技術を用いることが有利な場合もある。向流反応器において、液相は、上昇
する処理ガスに逆らって、触媒の固定床を通過して下降する。向流反応器は、反
応速度が高く、並流細流床反応器に固有の、芳香族水素添加の平衡における制限
を緩和する。
【0039】 水素処理装置の原料ストリーム中の金属および粒子の許容度を増大するために
は、移動床反応器が用いられる。移動床反応器型では一般に、触媒粒子の捕獲床
が、液体および処理ガスの上向流と接触する反応器が含まれる。その触媒床は、
液体の再循環によって流量を増大することにより、上向流によってわずかに膨張
するか、相当に膨張もしくは流動化しているもの(膨張床または沸騰床)、より
容易に流動化される小さな粒径の触媒粒子を用いるもの(スラリー床)、または
その両方を用いることが可能である。オンストリームの触媒の交換が可能である
ため、下向流の液体およびガスを用いた移動床反応器もまた使用することが可能
である。いずれにせよ、移動床反応器ではオンストリーム運転中に触媒を除去す
ることが可能であり、水素処理装置に供給される原料中の高レベルの金属が原因
で、固定床として設計しては運転時間が短くなる場合に経済的な利用が可能とな
る。
【0040】 液相および気相上の向流を用いる膨張床または懸濁床反応器では、汚れが原因
の運転停止の危険を冒すことなく運転時間を長くすることができるので、水素処
理装置に供給される原料が相当量の粒子状固体を含有する場合でも経済的に運転
することが可能である。かかる反応器は、水素処理装置に供給される原料が約2
5ミクロンを超える固体を含む場合、および同原料がオレフィン種、ジオレフィ
ン種、酸素含有種などの付着物を蓄積する傾向を増大する汚染物質を含有する場
合に、特に有益である。
【0041】 水素処理工程で使用する触媒は、芳香族の飽和、脱硫、脱窒素またはそれらの
いずれかの組み合わせのいずれにおいて適切な水素処理触媒であってもよい。サ
イクル油を完全に水素添加するのに使用する適切な触媒には、単機能および二機
能の、単金属および多金属の貴金属含有触媒が含まれる。触媒は、無機耐火性担
体上に少なくとも1種類の第VIII族金属および第VI族金属を含有すること
が好ましい。あらゆる適切な無機酸化物担体材料を、本発明の水素処理触媒に使
用することができる。アルミナ、およびゼオライトなどの結晶性アルミノケイ酸
塩を含むシリカ−アルミナが好ましい。シリカ−アルミナ担体におけるシリカ含
有量は2〜30重量%、好ましくは3〜20重量%、さらに好ましくは5〜19
重量%である。他の耐火性無機化合物も使用することが可能であり、その例には
、ジルコニア、チタニア、マグネシア等が含まれるが、これらに限定されない。
アルミナは、水素処理触媒に従来から用いられているアルミナのいずれかである
。かかるアルミナは一般に、平均細孔径50〜200Å、好ましくは70〜15
0Å、および表面積50〜450m/gを有する多孔質非晶性アルミナである
【0042】 第VIII族および第VI族化合物は当業者にはよく知られており、元素の周
期表で適切に定義されている。第VIII族金属は2〜20重量%、好ましくは
4〜12重量%の量で存在し、Co、NiまたはFeを含んでいてもよい。第V
I族金属はW、MoまたはCrであり、Moが好ましい。第VI族金属は5〜5
0重量%、好ましくは20〜30重量%の量で存在する。水素処理触媒は0〜1
0重量%、好ましくは0.3〜3.0重量%の第VIII族貴金属を含有するこ
とが好ましい。その第VIII族金属には、Pt、IrまたはPd、好ましくは
PtまたはPdが含まれるが、これらに限定されない。一般に水素添加作用はそ
れらに起因する。
【0043】 元素の周期表の第IIIA族、IVA族、IB族、VIB族およびVIIB族
の金属から選択される1種または複数種のプロモーター金属もまた存在していて
もよい。プロモーター金属は、酸化物、硫化物または元素の状態で存在すること
が可能である。触媒組成物は、比較的広い表面積、例えば約100〜250m /gを有することもまた好ましい。本明細書中のすべての族について、Adva
nced Inorganic Chemistry,2nd Edition
,1966,Interscience publishers,by Cot
ton and Wilkinsonの最後のページに記載されている周期表を
参照している。水素処理触媒のすべての金属の重量%は、担体に対してのもので
ある。「担体に対して」という用語は、そのパーセントが、担体の重量を基準と
することを意味する。例えば、担体の重量が100gである場合、「第VIII
族金属が20重量%」とは、第VIII族金属20gが担体上にあることを意味
するものである。
【0044】 水素処理後、水素処理済みサイクル油を上昇管反応器に送り、ナフサ留分と共
に第2反応域に注入する。ここで、サイクル油は低分子量の分解生成物に分解さ
れ、好ましくない水素移動反応が抑制される。サイクル油の他に、上昇管反応器
中で形成される分解生成物は、約5重量%〜約50重量%のナフサ、約2重量%
〜約15重量%のブタン、約4重量%〜約11重量%のブテン、約0.5重量%
〜約3.5重量%のプロパンおよび約5重量%〜約20重量%のプロピレンを含
む。すべての重量%は、分解生成物の総重量を基準とする。分解生成物の少なく
とも90重量%は、220℃未満の沸点を有することが好ましい。
【0045】 例証を目的とする以下の実施例により本発明を説明するが、これらに制限され
るものではない。
【0046】実施例 実施例1 FCC反応域中で再クラッキングするためのサイクル油注入についての、計算
による比較を表1に示す。模擬実験1、2、3、および4を、サイクル油の再循
環を含まない基本ケースのFCCプロセスと比較する。ケース1では、重質サイ
クル油をFCC生成物から分離し、一次原料と共に注入することによってFCC
プロセスに再循環する。ケース2では、再循環した重質サイクル油を、主たる原
料注入位置よりも上流側に注入する。ケース3では、ケース2と同様に、重質サ
イクル油を主たる原料注入位置よりも上流側に注入し、また上流側への注入前に
重質サイクル油を水素添加して、相当量のテトラヒドロナフタレンを製造する(
表2、第1欄)。従って、ケース3の水素添加では、芳香族種のデカヒドロナフ
タレンへの転化は、たとえあったにしてもごくわずかである。ケース4では、重
質サイクル油の相当量の芳香族種をデカヒドロナフタレンに転化するのに十分な
条件下で、重質サイクル油を水素処理する(表2、第2欄)。すべてのケースに
おいて、従来の大細孔ゼオライト接触分解触媒が反応域中に存在した。形状選択
性ゼオライトは使用しなかった。重質サイクル油を一次原料と共に注入すると、
プロピレン収率が有利に増大することが、表からわかる(基本ケースおよびケー
ス1)。ケース2は、本発明に従って、第1注入域よりも上流側の第2反応域に
重質サイクル油を注入すると、プロピレン収率がさらに増大することを示してい
る。ケース3およびケース4は、注入前に重質サイクル油を水素処理することに
よって、さらに高いプロピレン収率が得られることを示している。
【0047】 さらに、ケース3とケース4を直接比較すると、相当のデカヒドロナフタレン
への転化が生じる条件下での水素処理によって、ナフサ収率の低下が増大すると
共に、プロピレン収率が高くなり、コーク生成が少なくなり、また重質サイクル
油転化率がほぼ100%増大することがわかる。何らかの理論に束縛されるもの
ではないが、ケース4における重質サイクル油のデカヒドロナフタレンへの転化
率が大きく増大することによって、ケース3に存在する好ましくない水素移動反
応が抑制されると考えられる。これらの好ましくない水素移動反応は、FCC第
2反応域において、テトラヒドロナフタレンなどの部分飽和種をナフタレンに転
化する。
【0048】
【表1】
【0049】 この比較のための模擬的な処理条件は、上昇管出口温度977°F(525℃
)および触媒/原料総重量比6.6を含む。
【0050】 実施例2 この実施例では、他の実施形態に従って、サイクル油ストリームを水素処理し
、次いでそれを、FCC上昇管反応器中の、通常の一次原料インジェクターより
上流側の位置で注入する。これは、水素処理済みサイクル油をナフサおよび軽質
オレフィンに転化することが可能な、高温で、触媒/油比が高く、滞留時間の短
い領域を提供する。第2反応域における接触分解条件は、表3に示すように、約
1000°F〜約1350°F(538℃〜732℃)の温度、約25〜150
の触媒/油重量比、および予備注入域(第2反応域)における蒸気滞留時間0.
1〜1.0秒を含む。第1反応域の接触分解条件は従来のものを用い、温度を約
950°F(510℃)〜約1050°F(565℃)、触媒/油重量比約4〜
約10とした。
【0051】 FCCユニット上流側への注入に先立ち、サイクル油を水素添加して、相当量
のテトラヒドロナフタレン(表2、第1欄)を製造するか、または異なる水素添
加条件下で、相当量のデカヒドロナフタレン(表2、第2欄)を製造した。表2
に示すように、デカヒドロナフタレンを形成する水素添加条件では、水素処理済
みサイクル油中に存在する芳香族種がほぼ完全に飽和される。
【0052】
【表2】
【0053】 形状選択性ゼオライト触媒(微量活性試験ユニット(「MAT」)におけるZ
SM−5など)と併用した、大細孔ゼオライト触媒の接触分解触媒混合物の存在
下における、予備注入した水素処理済みサイクル油のクラッキング条件を表3に
示す。
【0054】 MAT試験およびそれに関連するハードウェアは、Oil and Gas
Journal 64,7,84,85,1966およびOil and Ga
s Journal,Nov.22,1971,60−68に記載されている。
本明細書で使用する条件は、温度550℃〜650℃、実行時間0.5秒、触媒
充填量4.0g、原料容積0.95〜1.0cmおよび触媒/油重量比4.0
〜4.2を含む。
【0055】 触媒AおよびBはY−ゼオライトを含有する従来の市販大細孔FCC触媒であ
り、触媒CはZSM−5を含有する。
【0056】 表3に示すように、予備注入前に水素添加を行ない、実質的に飽和した芳香族
を形成する(相当量のデカヒドロナフタレンが得られる)と、芳香族を部分的に
しか飽和させない(相当量のテトラヒドロナフタレンを形成する)他の条件下で
水素添加に付した後、予備注入し、同様な条件(第1欄)下で分解した場合と比
較して、FCC転化(第2欄)が増大する。さらに、第3欄に示すように、形状
選択性触媒を大細孔FCC触媒と組み合わせると、プロピレンの生成をさらに増
大することができる。
【0057】
【表3】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE,TR),OA(BF ,BJ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW, ML,MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,G M,KE,LS,MW,MZ,SD,SL,SZ,TZ ,UG,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ, MD,RU,TJ,TM),AE,AG,AL,AM, AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BR,BY,B Z,CA,CH,CN,CO,CR,CU,CZ,DE ,DK,DM,DZ,EE,ES,FI,GB,GD, GE,GH,GM,HR,HU,ID,IL,IN,I S,JP,KE,KG,KP,KR,KZ,LC,LK ,LR,LS,LT,LU,LV,MA,MD,MG, MK,MN,MW,MX,MZ,NO,NZ,PL,P T,RO,RU,SD,SE,SG,SI,SK,SL ,TJ,TM,TR,TT,TZ,UA,UG,UZ, VN,YU,ZA,ZW (72)発明者 ウィンター,ウィリアム,エドワード アメリカ合衆国,ルイジアナ州 70816, バトン ルージュ,マーク アンソニー ドライブ 1026 Fターム(参考) 4H029 BA05 BA11 BA15 BB03 BD20 DA03 DA10

Claims (25)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 炭化水素性原料を接触分解する方法であって、 (a)第1反応域および第2反応域を有し、前記第1反応域が第2反応域の下
    流側にあるFCC上昇管反応器に、接触分解触媒を導入する工程; (b)炭化水素性原料を前記第1反応域に導入する工程; (c)前記第1反応域中で、前記炭化水素性原料を接触分解条件下にて前記接
    触分解触媒と接触させて、分解生成物を製造する工程; (d)前記分解生成物を前記触媒から分離する工程; (e)前記触媒をストリッピングする工程; (f)前記分解生成物から、少なくともナフサ留分および芳香族種を含有する
    サイクル油留分を分離する工程; (g)前記サイクル油留分の少なくとも一部を水素処理して、前記サイクル油
    留分中の前記芳香族種の相当の部分を飽和させ、水素処理済みサイクル油を形成
    する工程; (h)工程(e)からの前記触媒を、酸素を含有するガスと接触させる工程; (i)前記ナフサ留分および前記水素処理済みサイクル油を前記第2反応域に
    導入する工程;および (j)前記第2反応域中で、前記ナフサ留分および前記水素処理済みサイクル
    油を接触分解条件下にて前記接触分解触媒と接触させて、C〜Cオレフィン
    濃度の増大した生成物ストリームを製造する工程 を含むことを特徴とする接触分解方法。
  2. 【請求項2】 さらに、前記第1反応域に水蒸気を導入する工程を含むこと
    を特徴とする請求項1に記載の接触分解方法。
  3. 【請求項3】 さらに、前記第2反応域に水蒸気を導入する工程を含むこと
    を特徴とする請求項1に記載の接触分解方法。
  4. 【請求項4】 前記ナフサ留分および前記水素処理済みサイクル油の合計重
    量の、前記触媒に対する重量比を1〜100に維持するのに十分な速度で、前記
    ナフサ留分および前記水素処理済みサイクル油を前記第2反応域に注入すること
    を特徴とする請求項1に記載の接触分解方法。
  5. 【請求項5】 前記第1反応域の温度が450℃〜650℃であることを特
    徴とする請求項1に記載の接触分解方法。
  6. 【請求項6】 前記第2反応域の温度が550℃〜700℃であることを特
    徴とする請求項1に記載の接触分解方法。
  7. 【請求項7】 前記ナフサ留分の前記水素処理済みサイクル油に対する重量
    比が1〜10であることを特徴とする請求項1に記載の接触分解方法。
  8. 【請求項8】 前記水素処理済みサイクル油中の前記芳香族種の重量が、前
    記第2反応域に導入される水素処理済みサイクル油の総重量に対して1重量%以
    下であることを特徴とする請求項1に記載の接触分解方法。
  9. 【請求項9】 炭化水素性原料を接触分解する方法であって、 (a)接触分解条件下にて、FCC反応器中で炭化水素性原料を接触分解触媒
    と接触させて、分解生成物を製造する工程; (b)前記分解生成物から、少なくともナフサ留分および芳香族種を含有する
    サイクル油留分を分離する工程; (c)前記サイクル油留分の少なくとも一部を水素処理して、前記サイクル油
    留分中の前記芳香族種の相当の部分を転化し、水素処理済みサイクル油を形成す
    る工程;および (d)前記ナフサ留分および前記水素処理済みサイクル油を、前記炭化水素性
    原料が前記接触分解触媒と接触する位置よりも上流の位置で、前記FCC反応器
    に導入する工程 を含むことを特徴とする接触分解方法。
  10. 【請求項10】 さらに、前記ナフサ留分および前記水素処理済みサイクル
    油を、前記接触分解触媒と接触させる工程を含むことを特徴とする請求項9に記
    載の接触分解方法。
  11. 【請求項11】 前記ナフサ留分および前記水素処理済みサイクル油の合計
    重量の、前記触媒に対する重量比を1〜100に維持するのに十分な速度で、前
    記ナフサ留分および前記水素処理済みサイクル油を導入することを特徴とする請
    求項10に記載の接触分解方法。
  12. 【請求項12】 前記ナフサ留分の前記水素処理済みサイクル油に対する重
    量比が1〜10であることを特徴とする請求項11に記載の接触分解方法。
  13. 【請求項13】 前記水素処理済みサイクル油中の前記芳香族種の重量が、
    前記炭化水素性原料が前記接触分解触媒と接触する位置よりも上流の位置で前記
    FCC反応器に導入される水素処理済みサイクル油の総重量に対して1重量%以
    下であることを特徴とする請求項12に記載の接触分解方法。
  14. 【請求項14】 さらに、前記触媒から前記分解生成物を分離する工程を含
    むことを特徴とする請求項13に記載の接触分解方法。
  15. 【請求項15】 さらに、前記触媒をストリッピングする工程を含むことを
    特徴とする請求項14に記載の接触分解方法。
  16. 【請求項16】 さらに、前記触媒を再生する工程を含むことを特徴とする
    請求項15に記載の接触分解方法。
  17. 【請求項17】 さらに、再生された触媒を前記FCC反応器に導入する工
    程を含むことを特徴とする請求項16に記載の接触分解方法。
  18. 【請求項18】 前記ナフサ留分および前記水素処理済みサイクル油の合計
    重量の、前記触媒に対する重量比を1〜5に維持するのに十分な速度で、前記ナ
    フサ留分および前記水素処理済みサイクル油を前記第2反応域に注入することを
    特徴とする請求項1に記載の接触分解方法。
  19. 【請求項19】 前記ナフサ留分および前記水素処理済みサイクル油の合計
    重量の、前記触媒に対する重量比を1〜5に維持するのに十分な速度で、前記ナ
    フサ留分および前記水素処理済みサイクル油を前記第2反応域に注入することを
    特徴とする請求項13に記載の接触分解方法。
  20. 【請求項20】 前記ナフサ留分の前記水素処理済みサイクル油に対する重
    量比が3〜4であることを特徴とする請求項1に記載の接触分解方法。
  21. 【請求項21】 前記ナフサ留分の前記水素処理済みサイクル油に対する重
    量比が3〜4であることを特徴とする請求項12に記載の接触分解方法。
  22. 【請求項22】 前記水素処理済みサイクル油中の前記芳香族種の重量が、
    前記第2反応域に導入される水素処理済みサイクル油の総重量に対して0.1重
    量%以下であることを特徴とする請求項1に記載の接触分解方法。
  23. 【請求項23】 前記水素処理済みサイクル油中の前記芳香族種の重量が、
    前記第2反応域に導入される水素処理済みサイクル油の総重量に対して0.01
    重量%以下であることを特徴とする請求項1に記載の接触分解方法。
  24. 【請求項24】 前記水素処理済みサイクル油中の前記芳香族種の重量が、
    前記炭化水素性原料が前記接触分解触媒と接触する位置よりも上流の位置で前記
    FCC反応器に導入される水素処理済みサイクル油の総重量に対して0.1重量
    %以下であることを特徴とする請求項13に記載の接触分解方法。
  25. 【請求項25】 前記水素処理済みサイクル油中の前記芳香族種の重量が、
    前記炭化水素性原料が前記接触分解触媒と接触する位置よりも上流の位置で前記
    FCC反応器に導入される水素処理済みサイクル油の総重量に対して0.01重
    量%以下であることを特徴とする請求項13に記載の接触分解方法。
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