JP2014527569A - 液状粗炭化水素組成物 - Google Patents
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Abstract
(a)API度が約20以下の液状粗炭化水素と(b)(i)芳香族含量が少なくとも約10重量%である1種類以上の炭化水素含有溶媒及び(ii)芳香族スルホン酸又はその塩、脂肪族スルホン酸及びその塩及びアルキル置換したヒドロキシ芳香族カルボン酸又はその塩からなる群から選択される1種類以上のアスファルテン調節剤を含む少量のブレンドを含む液状粗炭化水素組成物が開示される。API度が約20以下の液状粗炭化水素を輸送する方法も開示される。
Description
(優先権)
本出願は、2011年8月31日出願の同時係属出願米国第13/199,453号明細書に対する米国特許法第119条に基づく利益を主張するものであり、前記特許明細書の内容は、参考として本明細書に引用されている。
本出願は、2011年8月31日出願の同時係属出願米国第13/199,453号明細書に対する米国特許法第119条に基づく利益を主張するものであり、前記特許明細書の内容は、参考として本明細書に引用されている。
1.技術分野
本発明は、一般に液状粗炭化水素組成物及びその輸送方法に関する。
本発明は、一般に液状粗炭化水素組成物及びその輸送方法に関する。
2.関連技術の説明
軽質の低硫黄原油の世界の埋蔵量は減少し、石油の世界中での消費量は増加しているので、製油業者は重質原油資源から有用な石油を抽出する方法を模索している。「重質原油」の形態での膨大な埋蔵量は、カナダ西部、ベネズエラ、ロシア、米国などの多数の国に存在する。例えば、重質又は超重質原油は、ベネズエラのオリノコ油田、カナダのオイルサンド、及び北アラスカのウグヌ・レザバーに見出すことができる。アルバータは、カナダの石油の三分の二及びその天然ガスの四分の三を産出している。アルバータの石油のほぼ半分は、膨大なオイルサンドから採掘され、それはビチューメンと呼ばれる重質原油の埋蔵物である。アルバータのオイルサンドは、世界におけるビチューメンの最大の既知埋蔵物である。オイルサンドは、同州の3つの主要な地域である北東部のアサバスカ川流域、北部のピースリバー地方、及びアルバータ中東部のコールド・レイク地方に産する。
軽質の低硫黄原油の世界の埋蔵量は減少し、石油の世界中での消費量は増加しているので、製油業者は重質原油資源から有用な石油を抽出する方法を模索している。「重質原油」の形態での膨大な埋蔵量は、カナダ西部、ベネズエラ、ロシア、米国などの多数の国に存在する。例えば、重質又は超重質原油は、ベネズエラのオリノコ油田、カナダのオイルサンド、及び北アラスカのウグヌ・レザバーに見出すことができる。アルバータは、カナダの石油の三分の二及びその天然ガスの四分の三を産出している。アルバータの石油のほぼ半分は、膨大なオイルサンドから採掘され、それはビチューメンと呼ばれる重質原油の埋蔵物である。アルバータのオイルサンドは、世界におけるビチューメンの最大の既知埋蔵物である。オイルサンドは、同州の3つの主要な地域である北東部のアサバスカ川流域、北部のピースリバー地方、及びアルバータ中東部のコールド・レイク地方に産する。
ビチューメン、重油及びタールサンドを含む可能性がある重質原油は、硫黄及び窒素並びに金属、とりわけ鉄、ニッケル及びバナジウムのような混入物の濃度がかなり高いことにより処理の問題が起きている。ビチューメンは、自然に流動し且つ地面から汲み上げられる通常の原油よりも採掘に費用がかかる。これは、更に精製することができる原油を生産するには、粘稠な黒油を周囲の砂及び水から分離しなければならないからである。ビチューメンは、深貯留層に見出される通常の原油とは異なり、通常の原油と同じ軽質留分を持たない。従って、ビチューメンは、1.000kg/dm3(10API未満)を上回る密度と軽質原油の1000倍の貯留層状態における粘度を有する重分子からなっている。ビチューメンの組成のために、精製業者において軽質原油として精製することができる前に、品質改良しなければならない。
その上、大埋蔵量の重質又は超重質原油は、それらの天然状態では極めて粘稠である。しかしながら、これらの原油の粘性により、石油を通常のパイプラインでステーションに輸送して、それを処理して有用な最終製品とすることが困難になっている。これらの石油における高粘度の原因は、石油の高アスファルテン含量によるものと考えられている。アスファルテンは、原油中に見出される有機複素環式高分子である。通常の貯留層状態下では、アスファルテンは、通常はアスファルテンと化学的に相溶性であるが分子量がより低いマルテン及び樹脂によって原油中で安定化している。マルテン及び樹脂の極性部分はアスファルテンを取り囲み、一方無極性部分は油相に引きつけられている。従って、これらの分子は界面活性剤として作用し、原油中のアスファルテンを安定化させる。しかしながら、原油の圧力、温度又は濃度の変化は、分散の安定性を変化させてアスファルテンが凝集してより大きな粒子になる傾向を増す可能性がある。これらの凝集体は、アスファルテンが構築されなかった場合より遥かに高い粘度を生じる。
一般に、望ましくないアスファルテン沈澱は、例えば、油井又はパイプラインの目詰まり並びに石油生産の停止又は減少による石油産業の問題である。又、下流での応用では、アスファルテンは、熱的品質向上処理により残留物転換の収率を減少させ且つ限定する際のコークスの供給源であると考えられる。従って、重質原油の輸送者及び精製業者は、重質原油を所望な場所に輸送するためのポンパビリティーを改良するための様々な手法を開発した。
高アスファルテン含有炭化水素を輸送する1つの方法は、灯油又は他の非極性留出物を添加することである。灯油又は留出物は、アスファルテン凝集体を分散させず、それらは凝集体を希釈して凝集体が実際に個々の分子にまで分散したときよりも低い粘度とするだけである。しかしながら、灯油又は留出物を所望な粘度を得るのに十分な量で添加することは、特にアスファルテンの濃度が高いときには非常に費用がかかる可能性がある。幾つかの場合には、灯油又は留出物の添加によって、凝集が更に促進され、原油中にアスファルテンの沈澱を引き起こす可能性さえある。
従って、アスファルテンを、精製プロセスに入るまで炭化水素液体中で安定な懸濁状態に保持するのが一般的に有利である。これは、最終的な収率を増加させるだけでなく、プロセスにおける管理の問題を防止又は減少させ、炭化水素組成物からの生産性を向上させる。一つの解決法は、水中油型エマルションを形成させることであった。水中油型エマルションでは、粘度が非常に減少し、パイプラインによるその輸送が容易になる。例えば、米国特許第4,392,944号明細書(「’944号明細書」)には、重質原油とビチューメンの安定な水中油型エマルション及びその後のエマルションの崩壊が開示されている。’944号明細書には、水素化カルシウム(すなわち、消石灰又は水和石灰)を用いて水中油型エマルションを油中水型エマルションに転換し、生成する油中水型エマルションを脱水することによって、エマルションを崩壊させることができることが開示されている。
もう一つの例は、米国特許第5,526,839号明細書であり、これには(a)不活性な天然界面活性剤を含む粘稠な粗炭化水素を提供し、(b)水性溶液中で緩衝剤添加物の溶液を形成して塩基性の水性緩衝剤溶液を提供して、緩衝剤添加物が粘稠な粗炭化水素由来の不活性な天然界面活性剤を活性化し、(c)水性緩衝剤溶液中で粘稠な粗炭化水素の安定なエマルションを提供するのに十分な割合で粘稠な粗炭化水素を水性緩衝剤溶液と混合する工程を含む水性緩衝溶液中で粘稠な粗炭化水素の安定なエマルションを形成する方法が開示されている。
もう一つの解決法は、分散剤の使用による石油中のアスファルテンの凝集体の分解又は崩壊であった。例えば、米国特許第6,187,172号明細書には、液状炭化水素に、十分な濃度、例えば、約0.1−約25重量%の炭化水素可溶性アスファルテン分散剤を配合することによってアスファルテンを液状炭化水素に分散させる方法が開示されている。米国特許第6,488,724号明細書には、特に、アスファルテン、スラッジなどの乳化及び/又は分散に関して、アルコキシル化脂肪族アミン化合物又は脂肪族アミン誘導体と重油の効果的な添加物としての有機金属塩の組合せの使用が開示されている。
Rosemarie Szostakのモレキュラーシーブハンドブック
従って、簡単で採算性のよい方法で行うことができるアスファルテン含有液状粗炭化水素の処理及び輸送を目的とする改良法及び装置を提供することが望ましい。
本発明の一実施態様によれば、
(a)API度が約20以下の液状粗炭化水素、及び
(b)(i)芳香族含量が少なくとも約10重量%である1種類以上の炭化水素含有溶媒及び(ii)芳香族スルホン酸又はその塩、脂肪族スルホン酸及びその塩及びアルキル置換したヒドロキシ芳香族カルボン酸又はその塩からなる群から選択される1種類以上のアスファルテン調節剤を含む少量のブレンド
を含む、液状粗炭化水素組成物が提供される。
本発明の第二の実施態様によれば、液状粗炭化水素を輸送する方法であって、
(a)API度が約20以下の液状粗炭化水素を提供し、
(b)(i)芳香族含量が少なくとも約10重量%である1種類以上の炭化水素含有溶媒及び(ii)芳香族スルホン酸又はその塩、脂肪族スルホン酸及びその塩及びアルキル置換したヒドロキシ芳香族カルボン酸又はその塩からなる群から選択される1種類以上のアスファルテン調節剤を含むブレンドを提供し、
(c)少量のブレンドを液状粗炭化水素と混合して液状粗炭化水素組成物を得て、
(d)処理施設又は輸送キャリアーへ液状粗炭化水素組成物を輸送する
工程を含む方法が提供される。
本発明の第三の実施態様によれば、API度が約20以下の液状粗炭化水素を含む液状粗炭化水素組成物中で、(i)芳香族含量が少なくとも約10重量%である1種類以上の炭化水素含有溶媒と(ii)芳香族スルホン酸又はその塩、脂肪族スルホン酸及びその塩及びアルキル置換したヒドロキシ芳香族カルボン酸又はその塩からなる群から選択される1種類以上のアスファルテン調節剤を含む少量のブレンドを用いる、処理施設又は輸送キャリアーへの液状粗炭化水素組成物の輸送が提供される。
(a)API度が約20以下の液状粗炭化水素、及び
(b)(i)芳香族含量が少なくとも約10重量%である1種類以上の炭化水素含有溶媒及び(ii)芳香族スルホン酸又はその塩、脂肪族スルホン酸及びその塩及びアルキル置換したヒドロキシ芳香族カルボン酸又はその塩からなる群から選択される1種類以上のアスファルテン調節剤を含む少量のブレンド
を含む、液状粗炭化水素組成物が提供される。
本発明の第二の実施態様によれば、液状粗炭化水素を輸送する方法であって、
(a)API度が約20以下の液状粗炭化水素を提供し、
(b)(i)芳香族含量が少なくとも約10重量%である1種類以上の炭化水素含有溶媒及び(ii)芳香族スルホン酸又はその塩、脂肪族スルホン酸及びその塩及びアルキル置換したヒドロキシ芳香族カルボン酸又はその塩からなる群から選択される1種類以上のアスファルテン調節剤を含むブレンドを提供し、
(c)少量のブレンドを液状粗炭化水素と混合して液状粗炭化水素組成物を得て、
(d)処理施設又は輸送キャリアーへ液状粗炭化水素組成物を輸送する
工程を含む方法が提供される。
本発明の第三の実施態様によれば、API度が約20以下の液状粗炭化水素を含む液状粗炭化水素組成物中で、(i)芳香族含量が少なくとも約10重量%である1種類以上の炭化水素含有溶媒と(ii)芳香族スルホン酸又はその塩、脂肪族スルホン酸及びその塩及びアルキル置換したヒドロキシ芳香族カルボン酸又はその塩からなる群から選択される1種類以上のアスファルテン調節剤を含む少量のブレンドを用いる、処理施設又は輸送キャリアーへの液状粗炭化水素組成物の輸送が提供される。
本発明は、API度が約20以下の液状粗炭化水素と(i)芳香族含量が少なくとも約10重量%である1種類以上の炭化水素含有溶媒(ii)芳香族スルホン酸又はその塩、脂肪族スルホン酸及びその塩及びアルキル置換したヒドロキシ芳香族カルボン酸又はその塩からなる群から選択される1種類以上のアスファルテン調節剤を含む少量のブレンドとを組み合わせたものである。芳香族含量が少なくとも約10重量%である1種類以上の炭化水素含有溶媒は、生成する液状粗炭化水素組成物からアスファルテンが沈澱するのを好都合に防止又は抑制し、同時に1種類以上のアスファルテン調節剤はアスファルテンが生成する液状粗炭化水素組成物中で凝縮するのを好都合に防止又は抑制する。この方法で、液状粗炭化水素は、例えば、パイプラインを通じて、簡単で採算性のよい方法で処理し、輸送することができる。更に、芳香族含量が少なくとも約10重量%である1種類以上の炭化水素含有溶媒と1種類以上のアスファルテン調節剤の組合せは、熱処理又は水素化処理の際に重質残渣の転換率を増加させることができ、同時に下流での操作の際に沈澱形成やファウリングを防止することもできる。
本発明は、(a)API度が約20以下の液状粗炭化水素、及び(b)(i)芳香族含量が少なくとも約10重量%である1種類以上の炭化水素含有溶媒及び(ii)芳香族スルホン酸、脂肪族スルホン酸、及びアルキル置換したヒドロキシ芳香族カルボン酸のアルカリ又はアルカリ土類金属塩からなる群から選択される1種類以上のアスファルテン調節剤を含む少量のブレンドを含む、液状粗炭化水素組成物に関する。
一般に、API度が約20以下の液状粗炭化水素は、アスファルテン含有液状粗炭化水素である。時にはアスファルテン(asphalthenes)とも呼ばれているアスファルテンは、通常は天然では固体で且つ低分子量芳香族及び樹脂分子の溶液に含まれている多核芳香族を含む化学的クラス(chemical class)の化合物とは異なり、混合溶解度クラス(mixed solubility class)の化合物であり、且つ又原油及び重質留分に様々な量で含まれている。アスファルテンは、通常は総ての凝縮物又は軽質原油中には存在しないが、それらは重質原油及び石油留分に比較的多量に含まれている。アスファルテンは不溶性成分又は画分であり、その濃度は、ジ・インスティテュート・オブ・ペトロリウム(the Institute of Petroleum)の方法IP−143に規定されているようにn−パラフィン溶媒を芳香族溶媒に完全に可溶性の供給原料に添加することによって沈澱したアスファルテンの量として定義される。
生産される液状粗炭化水素の供給源は、API度が約20以下の液状粗炭化水素が得られ、生産されるなどが可能な任意の供給源であればよい。供給源は、地下の石油貯留層と流体連通している1種類以上の採収井でよい。(これらの)採収井は、熱回収条件下にあることがあり、又は(これらの)採収井は、炭化水素原油又は石油が強力な入水衝動を有する貯留層から生産されている重質油田にあることがある。原油は、任意の種類の原油又は石油であり、液化コールオイル、タールサンドオイル、オイルサンドオイル、オイルシェールオイル、オリノコタール、又はそれらの混合物を含むこともある。原油としては、原油留出物、原油の蒸留から得られる炭化水素油残渣又はそれらの混合物が挙げられる。一般に、API度が約20以下の液状粗炭化水素は、40℃における粘度が約100−約2,000,000cStとなる。
一実施態様では、液状粗炭化水素は重質原油である。本明細書で用いられる「重質原油」という用語は、API度が約20であり且つ40℃における粘度が約100cStを上回る原油を表す。重質原油の一例としては、ハマカビチューメン原油が挙げられる。重質原油は、アスファルテン含量が比較的高く、水素/炭素比が比較的低い。一実施態様では、重質原油は、アスファルテン含量が約20重量%以下である。一実施態様では、重質原油は、API度が約20以下であり且つ40℃における粘度が約100cStを上回り且つ2,000,000cSt以下である原油である。粘度測定は、ASTM D445に準じて決定される。
もう一つの実施態様では、液状粗炭化水素は超重質原油である。本明細書で用いられる「超重質原油」という用語は、API度が約12以下であり且つ40℃における粘度が約300cStを上回る原油を表す。一実施態様では、超重質原油は、API度が約12以下であり且つ40℃における粘度が約300cStを上回り且つ2,000,000cSt以下である原油である。一実施態様では、超重質原油は、アスファルテン含量が約20重量%以下である。
本発明によれば、(i)芳香族含量が少なくとも約10重量%である1種類以上の炭化水素含有溶媒及び(ii)芳香族スルホン酸又はその塩、脂肪族スルホン酸及びその塩及びアルキル置換したヒドロキシ芳香族カルボン酸又はその塩からなる群から選択される1種類以上のアスファルテン調節剤を含む少量のブレンドを液状粗炭化水素に添加して、その粘度を減少させる。一実施態様では、少量のブレンドは、通常は液状粗炭化水素組成物の総重量に対して約10−約40重量%の量である。一実施態様では、少量のブレンドは、液状粗炭化水素組成物の総重量に対して約15−約35重量%の量である。
芳香族含量が少なくとも約10重量%である1種類以上の炭化水素含有溶媒は液状であり、好都合にはアスファルテンが生成する液状粗炭化水素組成物から沈澱するのを防止又は抑制する。好適な1種類以上の炭化水素含有溶媒(i)としては、芳香族含量が少なくとも約10重量%である炭化水素含有溶媒が挙げられる。一実施態様では、1種類以上の炭化水素含有溶媒としては、芳香族含量が少なくとも約20重量%である炭化水素含有溶媒が挙げられる。一実施態様では、1種類以上の炭化水素含有溶媒としては、芳香族含量が少なくとも約25重量%である炭化水素含有溶媒が挙げられる。一実施態様では、1種類以上の炭化水素含有溶媒としては、芳香族含量が少なくとも約40重量%である炭化水素含有溶媒が挙げられる。一実施態様では、1種類以上の炭化水素含有溶媒としては、芳香族含量が少なくとも約60重量%である炭化水素含有溶媒が挙げられる。芳香族含量は、ASTM D1319に準じて測定される値である。
一実施態様では、芳香族含量が少なくとも約10重量%である1種類以上の炭化水素含有溶媒は、流動接触分解サイクルオイル、例えば、FCCライト・サイクル・オイル(「LCO」)、メディウム・サイクル・オイル(「MCO」)及びヘビー・サイクル・オイル(「HCO」)、熱分解留出物、及び直留留出物のような高芳香族精製所流由来であり得る。これらの高芳香族精製所流としては、ジェット、ナフサ又はディーゼル蒸留範囲のものが挙げられる。これらの精製所流は、一般に沸点範囲が約200°Fを上回り、更に典型的には、沸点範囲が約350°F−約750°Fである。一実施態様では、芳香族含量が少なくとも約10重量%である1種類以上の炭化水素含有溶媒は、沸点範囲が約200°F−約750°Fである。
一実施態様では、芳香族含量が少なくとも約10重量%である1種類以上の炭化水素含有溶媒としては、例えば、ベンゼン及びナフタレン、並びにイソプロピルベンゼン、エチルベンゼン、トルエンのようなC1−C20アルキル置換ベンゼン、及びイソプロピルナフタレンのようなC1−C20アルキル置換ナフタレンが挙げられる。キシレンのような多様なC1−C20アルキル置換基を含むベンゼン及びナフタレンを、用いてもよい。
一般に、芳香族含量が少なくとも約10重量%である1種類以上の炭化水素含有溶媒は、ブレンドの総重量に対して約95−約99.999重量%の範囲の濃度でブレンドに含まれている。一実施態様では、芳香族含量が少なくとも約10重量%である1種類以上の炭化水素含有溶媒は、ブレンドの総重量に対して約99.9−約99.999重量%の範囲の濃度でブレンドに含まれている。
ブレンドは、更に芳香族スルホン酸又はその塩、脂肪族スルホン酸及びその塩及びアルキル置換したヒドロキシ芳香族カルボン酸又はその塩からなる群から選択される1種類以上のアスファルテン調節剤を含む。1種類以上のアスファルテン調節剤は、アスファルテンが、生成する液状粗炭化水素組成物中で凝集するのを好都合に防止又は抑制する。更に、1種類以上のアスファルテン調節剤は、1種類以上の炭化水素含有溶媒と組合せたAPI度が約20以下の液状粗炭化水素の粘度と比較して少なくとも3%だけ液状粗炭化水素組成物の粘度を好都合に減少させる。液状粗炭化水素組成物の粘度を減少させることによって、液状粗炭化水素組成物の輸送に必要なエネルギーは少なくなり、これによって操業費用が減少する。一実施態様では、生成する液状粗炭化水素組成物の粘度は、40℃において約200cStである。もう一つの実施態様では、生成する液状粗炭化水素組成物の粘度は、40℃において約150cStである。一実施態様では、生成する液状粗炭化水素組成物の粘度は、40℃において約2−約200cStである。もう一つの実施態様では、生成する液状粗炭化水素組成物の粘度は、40℃において約2−約150cStである。
一実施態様では、アスファルテン調節剤は、1種類以上の芳香族スルホン酸又はそれらの塩である。芳香族スルホン酸又はそれらの塩としては、芳香族化合物のアルキル化によって得られるアルキル芳香族スルホン酸又はそれらの塩が挙げられる。次いで、アルキル芳香族をスルホン化して、アルキル芳香族スルホン酸を形成する。所望ならば、アルキル芳香族スルホン酸を苛性化合物で中和して、アルキル芳香族スルホン酸ナトリウム化合物を得ることができる。
少なくとも1種類の芳香族化合物又は芳香族化合物の混合物を用いて、芳香族スルホン酸又はその塩を形成することができる。好適な芳香族化合物又は芳香族化合物混合物は、ベンゼン、トルエン、キシレン、クメン又はそれらの混合物のような単環性芳香族の少なくとも1つを含む。一実施態様では、少なくとも1種類の芳香族化合物又は芳香族化合物混合物は、総ての異性体(すなわち、メタ−、オルト−及びパラ−)を含むキシレン、及びそれらの混合物である。一つの好ましい実施態様では、少なくとも1種類の芳香族化合物はオルト−キシレンである。
少なくとも1種類の芳香族化合物又は芳香族化合物の混合物は、市販されているか又は当該技術分野で周知の方法によって調製することができる。
上記のように、芳香族化合物をアルキル化して、アルキル芳香族化合物を形成することができる。芳香族化合物をアルキル化するのに用いられるアルキル化剤は、様々な供給源由来であってよい。このような供給源としては、ノルマルα−オレフィン、線状α−オレフィン、異性化線状α−オレフィン、二量体化及びオリゴマー化オレフィン、及びオレフィンメタセシス由来のオレフィンが挙げられる。オレフィンは、単一炭素数オレフィンであることができ、又は線状オレフィンの混合物、異性化線状オレフィンの混合物、分岐オレフィンの混合物、部分分岐オレフィンの混合物、又は前記のいずれかの混合物であることもできる。オレフィンを誘導することができるもう一つの供給源は、石油又はフィッシャー−トロプシュワックスのクラッキングによるものである。フィッシャー−トロプシュワックスは、クラッキングの前に水素化処理することができる。他の商業的供給源としては、パラフィン脱水素及びエチレン及び他のオレフィンのオリゴマー化、メタノール−オレフィンプロセス(メタノールクラッカー)などに由来するオレフィンが挙げられる。
オレフィンは、炭素数が約8炭素原子−約60炭素原子のオレフィンから選択することができる。一実施態様では、オレフィンは、炭素数が約10−約50炭素原子のオレフィンから選択される。一実施態様では、オレフィンは、炭素数が約12−約40炭素原子のオレフィンから選択される。
もう一つの実施態様では、オレフィン又はオレフィンの混合物は、約8−約60炭素原子を含む線状α−オレフィン又は異性化オレフィンから選択される。一実施態様では、オレフィンの混合物は、約10−約50炭素原子を含む線状α−オレフィン又は異性化オレフィンから選択される。一実施態様では、オレフィンの混合物は、約12−約40炭素原子を含む線状α−オレフィン又は異性化オレフィンから選択される。
一実施態様では、分岐オレフィンの混合物は、C3以上のモノオレフィン(例えば、プロピレンオリゴマー、ブチレンオリゴマー、又はコオリゴマーなど)由来であってよいポリオレフィンから選択される。一実施態様では、分岐オレフィンの混合物は、プロピレンオリゴマー又はブチレンオリゴマーであるか、又はそれらの混合物である。
アルキル化反応に用いることができる線状オレフィンは、分子当たり約8−約60炭素原子を有するオレフィンから選択されるノルマルα−オレフィンの一つ又は混合物であることができる。一実施態様では、ノルマルα−オレフィンは、分子当たり約10−約50炭素原子を有するオレフィンから選択される。一実施態様では、ノルマルα−オレフィンは、分子当たり約12−約40炭素原子を有するオレフィンから選択される。
一実施態様では、芳香族化合物は、C8−C60炭素原子を含むノルマルα−オレフィンの混合物でアルキル化される。一実施態様では、芳香族化合物は、C10−C50炭素原子を含むノルマルα−オレフィンの混合物でアルキル化される。もう一つの実施態様では、芳香族化合物は、芳香族アルキレートを得るためにC12−C40炭素原子を含むノルマルα−オレフィンの混合物でアルキル化される。
アルキル芳香族スルホン酸又はその塩を製造するのに用いられるノルマルα−オレフィンは、市販されているか又は当該技術分野で周知である方法によって調製することができる。
一実施態様では、ノルマルα−オレフィンは、固体又は液状酸触媒を用いて異性化される。固体触媒は、好ましくは少なくとも1種類の金属酸化物を有し、平均孔径が5.5オングストローム未満である。一実施態様では、固体触媒は、SM−3、MAPO−11,SAPO−11,SSZ−32、ZSM−23、MAPO−39、SAPO−39、ZSM−22又はSSZ−20のような一次元細孔系を有するモレキュラーシーブである。異性化に有用な他の可能性のある酸性固体触媒としては、ZSM−35、SUZ−4、NU−23、NU−87及び天然又は合成フェリエライトが挙げられる。これらのモレキュラーシーブは、当該技術分野で周知であり、Rosemarie Szostakのモレキュラーシーブハンドブック(ニューヨーク、Van Nostrand Reinhold、1992)において検討されており、前記文献の記載内容はあらゆる目的に対する参考として引用されている。用いることができる液状タイプの異性化触媒は、ペンタカルボニル鉄(Fe(CO)5)である。
ノルマルα−オレフィンの異性化のプロセスは、バッチ又は連続方式で行うことができる。プロセス温度は、約50℃−約250℃とすることができる。バッチ方式では、用いられる典型的な方法は、オートクレーブ又はガラスフラスコ撹拌であり、これは所望な反応温度まで加熱することができる。連続プロセスは、固定床プロセスで最も効率的に行われる。固定床プロセスにおける空間速度は、約0.1−約10以上の重量時間当たりの空間速さとすることができる。
固定床プロセスでは、異性化触媒を反応器に充填し、真空下又は乾燥した不活性ガスを流しながら少なくとも125℃の温度で活性化又は乾燥する。活性化の後、異性化触媒の温度を調節して所望な反応温度とし、オレフィン流を反応器に導入する。部分的に分岐した異性化オレフィンを含む反応器からの流出液を集める。部分的に分岐した異性化オレフィンは、未異性化オレフィンとは異なるオレフィン分布(すなわち、α−オレフィン、βオレフィン、内部オレフィン、三置換オレフィン、及びビニリデンオレフィン)及び分岐含量を含み、条件を選択して所望なオレフィン分布及び分岐度を得る。
典型的には、アルキル化芳香族化合物は、ブレンステッド酸触媒、ルイス酸触媒、又は固体の酸性触媒を用いて調製することができる。
ブレンステッド酸触媒は、塩酸、フッ化水素酸、臭化水素酸、硫酸、過塩素酸、トリフルオロメタンスルホン酸、フルオロスルホン酸、及び硝酸などを含む群から選択することができる。好ましくは、ブレンステッド酸触媒はフッ化水素酸である。
ルイス酸触媒は、三塩化アルミニウム、三臭化アルミニウム、三ヨウ化アルミニウム、三フッ化ホウ素、三臭化ホウ素、三ヨウ化ホウ素などを含むルイスさんの群から選択することができる。一実施態様では、ルイス酸触媒は三塩化アルミニウムである。
固体の酸性触媒は、ゼオライト、酸性白土、及び/又はシリカ−アルミナを含む群から選択することができる。好適な固体触媒は、酸型のカチオン交換樹脂、例えば、架橋スルホン酸触媒である。この触媒は、モレキュラーシーブでよい。好適なモレキュラーシーブは、シリカ−アルミノホスフェートモレキュラーシーブ又は金属シリカ−アルミノホスフェートモレキュラーシーブであって、金属が、例えば、鉄、コバルト又はニッケルであることができるものである。固体の酸性触媒の他の好適な例は、米国特許第7,183,452号明細書に開示されており、前記特許明細書の開示内容は参考として本明細書に引用されている。
ブレンステッド酸触媒は、不活性化した(すなわち、触媒がその触媒活性の総て又は幾分かを喪失してしまった)後に再生することができる。当該技術分野で周知の方法を用いて、酸触媒、例えば、フッ化水素酸を再生することができる。
アルキル芳香族を製造するのに用いられるアルキル化法は、約0−約300℃で作動するバッチ、半バッチ又は連続プロセスに用いられるブレンステッド及び/又はルイス酸並びに固体の酸触媒を包含する。
酸触媒は、連続プロセスで用いるときには再利用することができる。酸触媒は、バッチプロセス又は連続プロセスで用いるときには再利用又は再生することができる。
一実施態様では、アルキル化プロセスは、撹拌が保持されている第一の反応器において第一の量の少なくとも1種類の芳香族化合物又は芳香族化合物の混合物を第一の量のオレフィン化合物の混合物とフッ化水素酸のようなブレンステッド酸触媒の存在下にて反応させることによって第一の反応混合物を生成させることによって行われる。生成する第一の反応混合物を、第一のアルキル化ゾーンにおいてオレフィンを芳香族アルキレート(すなわち、第一の反応生成物)に転換するのに十分な時間アルキル化条件下に保持する。所望な時間の後、第一の反応生成物をアルキル化ゾーンから取り出し、第二の反応器に供給して、第一の反応生成物を、追加量の少なくとも1種類の芳香族化合物又は芳香族化合物の混合物及び追加量の酸触媒、及び場合によっては追加量のオレフィン化合物の混合物であって、撹拌が保持されているものと反応させる。第二の反応混合物が生成し、第二のアルキル化ゾーンにおいてオレフィンを芳香族アルキレート(すなわち、第二の反応生成物)に転換するのに十分な時間アルキル化条件下に保持する。第二の反応生成物を液−液分離器に供給し、炭化水素(すなわち、有機)生成物を酸触媒から分離できるようにする。酸触媒は、閉ループサイクルにおける(複数の)反応器に再循環させることができる。炭化水素生成物を更に処理して、過剰の未反応芳香族化合物、及び場合によってはオレフィン化合物を所望なアルキレート生成物除去する。過剰の芳香族化合物は、(複数の)反応器に再循環させることもできる。
もう一つの実施態様では、反応は、直列に配置されている2個を上回る反応器で起こる。第二の反応生成物を液−液分離器に供給する代わりに、第二の反応生成物を第三の反応器に供給し、第二の反応生成物を、追加量の少なくとも1種類の芳香族化合物又は芳香族化合物の混合物及び追加量の酸触媒、及び場合によっては追加量のオレフィン化合物の混合物であって、撹拌が保持されているものと反応させる。第三の反応混合物が生成し、第三のアルキル化ゾーンにおいてオレフィンを芳香族アルキレート(すなわち、第三の反応生成物)に転換するのに十分な時間アルキル化条件下に保持する。反応は、所望なアルキル化芳香族反応生成物を得るのに必要な数の反応器で起こる。
ブレンステッド酸触媒のオレフィン化合物に対する総装填モル比は、組合せた反応器について約0.1−約1である。好ましくは、ブレンステッド酸触媒のオレフィン化合物に対する装填モル比は、第一の反応器では約0.7−約1以下であり、第二の反応器では約0.3−約1以上である。
芳香族化合物のオレフィン化合物に対する総装填モル比は、組合せた反応器について約7.5:1−約1:1である。好ましくは、芳香族化合物のオレフィン化合物に対する装填モル比は、第一の反応器では約1.4:1−約1:1以上であり、第二の反応器では約6.1:1−約1:1以下である。
多くの種類の形状の反応器を、反応器ゾーンに用いることができる。これらの形状のものとしては、バッチ及び連続撹拌タンク反応器、リアクター・ライザーコンフィギュレーション(reactor riser configurations)、エブュレーティング・ベッド・リアクター(ebulating bed reactors)、及び当該技術分野で周知の他の形状の反応器が挙げられるが、これらに限定されない。このような多くの反応器は当業者に知られており、アルキル化反応に好適である。撹拌はアルキル化反応にとって重要であり、邪魔板付き又はなしの回転インペラ、スタティックミキサー、ライザー中の動力学的混合、又は当該技術分野で周知の任意の他の撹拌装置によって提供することができる。アルキル化プロセスは、約0℃−約100℃の温度で行うことができる。このプロセスは、供給成分の実質的部分が液相のままになっている十分な圧力下で行われる。典型的には、0−150psigの圧力が、供給材料及び生成物を液相に保持するのに十分である。
反応器における滞留時間は、オレフィン実質的部分をアルキレート生成物に転換するのに十分な時間である。必要とされる時間は、約30秒−約30分間である。更に正確な滞留時間は、アルキル化プロセスの反応速度を測定するためのバッチ撹拌タンク反応器を用いて当業者が決定することができる。
少なくとも1種類の芳香族化合物又は芳香族化合物の混合物とオレフィン化合物を、別々に反応ゾーンに注入することができ、又は注入前に混合することもできる。単一又は複合反応ゾーンのいずれも、1個、数個又は総ての反応ゾーンへの芳香族化合物及びオレフィン化合物の注入に用いることができる。反応ゾーンは、同一プロセス条件に保持する必要はない。アルキル化プロセスの炭化水素供給材料は、芳香族化合物とオレフィン化合物の混合物であって、芳香族化合物のオレフィンに対するモル比が約0.5:1−約50:1以上であるものを含むことがある。芳香族化合物のオレフィンに対するモル比が>1.0−1である場合には、過剰量の芳香族化合物が存在する。過剰の芳香族化合物を用いて、反応速度を増加させ、生成物選択性を向上させるのが好ましい。過剰の芳香族化合物を用いるときには、反応器からの流出液中の過剰の未反応芳香族を、例えば、蒸留によって分離し、反応器に再循環させることができる。
一実施態様では、アルキル芳香族は、幾つかの異性体を含有するアルキレートを生成するオルト−キシレンのアルキル化によって製造されるが、アルキレートの少なくとも約90重量%は1,3,4−環アタッチメント構造であり、芳香族環に対する2−アルキルアタッチメントは約40−約60重量%(すなわち、最長のアルキル鎖がアルキル鎖の2位で芳香族環に連結している)、又は芳香族環に対する2−アルキルアタッチメントは約45−約55重量%又は2−アルキルアタッチメントが約50重量%である。一実施態様では、アルキレートは、約1−約20重量%ジアルキレート種を含む。一実施態様では、アルキレートは、約10重量%未満のジアルキレート種を含む。一実施態様では、アルキレートの少なくとも約95重量%、及び最も好ましくは、約98重量%は、1,3,4−環アタッチメント構造を含む。アルキレートをスルホン化すると、2−アルキル−4,5−ジメチルベンゼンスルホン酸異性体であって、このスルホン酸異性体の量が、例えば、約1−約90重量%の量、又は約10−約80重量%の量又は少なくとも約70重量%の量で含まれているもののようなアルキル芳香族スルホン酸の異性体混合物が形成される。
アルキル芳香族生成物が上記のようにして得られたならば、これを更に反応させてアルキル芳香族スルホン酸を得て、これは次いで中和して対応するスルホン酸塩とすることができる。アルキル芳香族化合物のスルホン化は、当業者に知られている任意の方法によって行うことができる。スルホン化反応は、典型的には、約45℃−約75℃に保持された連続流下膜式管形反応器で行われる。アルキル芳香族化合物を空気で希釈した三酸化硫黄と共に反応器に入れることによって、アルキルアリールスルホン酸を生成させる。硫酸、クロロスルホン酸又はスルファミン酸のような他のスルホン化試薬を用いることもできる。一実施態様では、アルキル芳香族化合物を、空気で希釈した三酸化硫黄でスルホン化する。三酸化硫黄のアルキレートに対する装填モル比は、約0.8−約1.1:1に保持される。
所望ならば、アルキル芳香族スルホン酸の中和は、アルキル芳香族スルホン酸塩を生成させるための当業者に知られている任意の方法によって連続又はバッチプロセスで行うことができる。典型的には、アルキル芳香族スルホン酸をアルカリ又はアルカリ土類金属の供給源又はアンモニアで中和することによって、アルキル芳香族スルホン酸塩を生成させる。好適なアルカリ金属の非制限的例としては、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム及びセシウムが挙げられる。一実施態様では、好適なアルカリ金属としては、ナトリウム及びカリウムが挙げられる。もう一つの実施態様では、好適なアルカリ金属は、ナトリウムである。好適なアルカリ土類金属の非制限的例としては、カルシウム、バリウム、マグネシウム、又はストロンチウムなどが挙げられる。一実施態様では、好適なアルカリ土類金属はカルシウムである。一実施態様では、供給源は、アルカリ金属水酸化物、例えば、水酸化ナトリウム又は水酸化カリウムのようなアルカリ金属塩基である。
一実施態様では、1種類以上のアスファルテン調節剤は、1種類以上の脂肪族スルホン酸又はそれらの塩である。一般に、脂肪族スルホン酸は、脂肪族化合物をスルホン化することによって調製される。一実施態様では、脂肪族化合物は、C2−C80脂肪族化合物であることができる。一実施態様では、脂肪族化合物は、C10−C80脂肪族化合物であることができる。一実施態様では、脂肪族化合物は、C20−C60脂肪族化合物であることができる。
脂肪族化合物は、典型的には、例えばノルマルα−オレフィン、線状α−オレフィン、異性化線状α−オレフィン、二量体化及びオリゴマー化オレフィン、及びオレフィンメタセシス由来のオレフィンなどの様々な供給源由来のオレフィンである。このオレフィンは、単一炭素数オレフィンであることができ、又は線状オレフィンの混合物、異性化線状オレフィンの混合物、分岐オレフィンの混合物、部分分岐オレフィンの混合物、又は上記したもののいずれかの混合物であることができる。オレフィンを誘導することができるもう一つの供給源は、石油又はフィッシャー−トロプシュワックスのクラッキングによるものである。フィッシャー−トロプシュワックスは、クラッキングの前に水素化処理を行うことができる。他の商業的供給源としては、パラフィン脱水素及びエチレン及び他のオレフィンのオリゴマー化、メタノール−オレフィンプロセス(メタノールクラッカー)などに由来されるオレフィンが挙げられる。
オレフィンは、炭素数が約8個の炭素原子−約60個の炭素原子であるオレフィンから選択することができる。一実施態様では、オレフィンは、炭素数が約10−約50個の炭素原子であるオレフィンから選択される。一実施態様では、オレフィンは、炭素数が約12−約40個の炭素原子であるオレフィンから選択される。一実施態様では、オレフィンは、炭素数が約18−約28個の炭素原子であるオレフィンから選択される。
もう一つの実施態様では、オレフィン又はオレフィンの混合物は、約8−約60個の炭素原子を有する線状α−オレフィン又は異性化オレフィンから選択される。一実施態様では、オレフィンの混合物は、約10−約50個の炭素原子を有する線状α−オレフィン又は異性化オレフィンから選択される。一実施態様では、オレフィンの混合物は、約12−約40個の炭素原子を有する線状α−オレフィン又は異性化オレフィンから選択される。一実施態様では、オレフィンは、炭素数が約18−約28個の炭素原子であるオレフィンから選択される。
一実施態様では、分岐オレフィンの混合物は、C3以上のモノオレフィン(例えば、プロピレンオリゴマー、ブチレンオリゴマー又はコオリゴマーなど)由来であってよいポリオレフィンから選択される。一実施態様では、分岐オレフィンの混合物は、プロピレンオリゴマー又はブチレンオリゴマー又はそれらの混合物である。
脂肪族基として用いることかできる線状オレフィンは、分子当たり約8−約60個の炭素原子を有するオレフィンから選択されるノルマルα−オレフィンの一つであるか又は混合物であることができる。一実施態様では、ノルマルα−オレフィンは、分子当たり約10−約50個の炭素原子を有するオレフィンから選択される。一実施態様では、ノルマルα−オレフィンは、分子当たり約12−約40個の炭素原子を有するオレフィンから選択される。一実施態様では、オレフィンは、炭素数が約18−約28個の炭素原子であるオレフィンから選択される。
脂肪族化合物として用いられるノルマルα−オレフィンは、市販されているか又は当該技術分野で周知の方法によって調製することができる。
オレフィンを異性化する方法は、知られており、上記に記載されている。当業者であれば、特定のレベルの異性化を行うことができる異性化条件を選択することができる。具体的には、異性化のレベルは、特定のオレフィン試料又は混合物におけるα−オレフィンの量及び分岐のレベルを特徴としている。α−オレフィン及び分岐のレベルは、例えば、フーリエ変換赤外(FTIR)分光法などの様々な通常の方法を用いて順次決定することができる。非定型的FTIR分光法では、α−オレフィンのレベル(又は割合)は、特定の試料の910cm−1における吸光度を追跡し、これを既知のα−オレフィンのレベルを有するキャリブレーション試料の910cm−1における吸光度と比較することによって測定することができる。キャリブレーション試料におけるα−オレフィンレベル(又は割合)は、例えば、既知のプロトコルに準じる13C定量的核磁気共鳴(NMR)分光法から得ることができる。
分岐の割合は、1378cm−1における試料の吸光度を追跡することによってFTIR分光法によって測定することもできる。この吸光度は、メチル基の変角振動の程度に対応する。次に、異性化オレフィン試料の吸光度を、既知の分岐レベルを有する1組のキャリブレーション試料の1378cm−1の吸光度と比較する。典型的には、試験を行う特定のオレフィン混合物を最初に水素化し、未分岐部分を、分岐アルカンと比較して分岐部分のないn−アルカンに転換する。次いで、ガスクロマトグラフィーを用いて、未分岐n−アルカンを分岐アルカンと識別し、それらの割合は、そのオレフィン混合物における分岐レベルの割合に相関している。
脂肪族化合物のスルホン化は、脂肪族スルホン酸を得るための当業者に知られている任意の方法によって行うことができる。スルホン化反応は、典型的には、約45℃−約75℃に保持された連続流下膜式管形反応器で行われる。脂肪族化合物を、例えば、空気で希釈した三酸化硫黄と共に反応器に入れることによって、脂肪族スルホン酸を生成させる。硫酸、クロロスルホン酸又はスルファミン酸のような他のスルホン化試薬を用いることもできる。一実施態様では、脂肪族化合物を、空気で希釈した三酸化硫黄でスルホン化する。三酸化硫黄のアルキレートに対する装填モル比は、約0.8−約1.1:1に保持される。
所望ならば、脂肪族スルホン酸の中和は、脂肪族スルホン酸塩を生成させるための当業者に知られている任意の方法によって連続又はバッチプロセスで行うことができる。典型的には、脂肪族スルホン酸をアルカリ又はアルカリ土類金属の供給源又はアンモニアで中和することによって、脂肪族スルホン酸塩を生成させる。一実施態様では、供給源は、水酸化ナトリウム又は水酸化カリウムのようなアルカリ金属塩基である。
一実施態様では、1種類以上のアスファルテン調節剤は、1種類以上のアルキル置換ヒドロキシ芳香族カルボン酸又はそれらの塩である。好適なヒドロキシ芳香族化合物としては、単環、二環又は融合環ヒドロキシ芳香族化合物が挙げられる。一実施態様では、好適なヒドロキシ芳香族化合物としては、1−4、好ましくは1−3個のヒドロキシル基を有する単核性のモノヒドロキシ及びポリヒドロキシ芳香族炭化水素が挙げられる。ヒドロキシ芳香族化合物の代表例としては、フェノール、カテコール、レゾルシノール、ヒドロキノン、ピロガロール、クレゾールなどが挙げられる。好ましいヒドロキシ芳香族化合物は、フェノールである。
一実施態様では、アルキル置換ヒドロキシ芳香族カルボン酸又はその塩のアルキル置換部は、約10個の炭素原子−約80個の炭素原子を有する分岐鎖アルキル基又は10個の炭素原子−80個の炭素原子を有する直鎖アルキル基又はそれらの混合物であることができる。一実施態様では、アルキル置換ヒドロキシ芳香族カルボン酸又はその塩のアルキル置換部は、約20個の炭素原子−約60個の炭素原子を有する分岐鎖アルキル基又は20個の炭素原子−60個の炭素原子を有する直鎖アルキル基、又はそれらの混合物であることができる。一実施態様では、アルキル置換ヒドロキシ芳香族カルボン酸又はその塩のアルキル置換部は、約8個の炭素原子−約20個の炭素原子を有する分岐鎖アルキル基と約20個の炭素原子−約30個の炭素原子を有する直鎖アルキル基の50:50重量%混合物であることができる。直鎖アルキル基と分岐鎖アルキル基は、ヒドロキシベンゼンのようなヒドロキシ芳香族化合物にベンゼン部上のヒドロキシル基に対してオルト又はパラ位に独立して連結している。
一実施態様では、オルト位対パラ位での直鎖アルキル基のアタッチメントの比率は、総アルキル置換ヒドロキシ芳香族カルボン酸又はその塩に基づいて70:30である。一実施態様では、オルト位対パラ位での直鎖アルキル基のアタッチメントの比率は、総アルキル置換ヒドロキシ芳香族カルボン酸又はその塩に基づいて60:40である。もう一つの実施態様では、オルト位対パラ位での分岐鎖アルキル基のアタッチメントの比率は、総アルキル置換ヒドロキシ芳香族カルボン酸又はその塩に基づいて20:80である。もう一つの実施態様では、オルト位対パラ位での分岐鎖アルキル基のアタッチメントの比率は、総アルキル置換ヒドロキシ芳香族カルボン酸又はその塩に基づいて5:95である。
一実施態様では、アルキル置換ヒドロキシ芳香族カルボン酸又はその塩のアルキル置換部は、約10−約80個の炭素原子を有するα−オレフィンに由来され得る。一実施態様では、アルキル置換ヒドロキシ芳香族カルボン酸又はその塩のアルキル置換部は、約20−約60個の炭素原子を有するα−オレフィンに由来され得る。用いられるオレフィンは、線状、異性化線状、分岐又は部分分岐した線状であることができる。オレフィンは、線状オレフィンの混合物、異性化線状オレフィンの混合物、分岐オレフィンの混合物、部分分岐した線状オレフィンの混合物、又は前記のいずれかの混合物であることができる。
一実施態様では、用いることができる線状オレフィンの混合物は、分子当たり約12−約30個の炭素原子を有するオレフィンから選択されるノルマルα−オレフィンの混合物である。一実施態様では、ノルマルα−オレフィンは、少なくとも1種類の固体又は液体触媒を用いて異性化される。
もう一つの実施態様では、オレフィンは、約20−約80個の炭素原子を有する分岐オレフィン性プロピレンオリゴマー又はその混合物であり、すなわち、プロピレンの重合由来の分岐鎖オレフィンである。オレフィンは、ヒドロキシ基、カルボン酸基、ヘテロ原子などのような他の官能基で置換することもできる。一実施態様では、分岐オレフィン性のプロピレンオリゴマー又はそれらの混合物は、約20−約60個の炭素原子を有する。一実施態様では、分岐オレフィン性のプロピレンオリゴマー又はそれらの混合物は、約20−約40個の炭素原子を有する。
一実施態様では、アルキル置換ヒドロキシ芳香族カルボン酸中に含まれるアルキル基の少なくとも約75モル%(例えば、少なくとも約80モル%、少なくとも約85モル%、少なくとも約90モル%、少なくとも約95モル%、又は少なくとも約99モル%)は、C20以上である。もう一つの実施態様では、アルキル置換ヒドロキシ芳香族カルボン酸又はその塩は、アルキル基が少なくとも75モル%のC20以上のノルマルα−オレフィンを含むノルマルα−オレフィンの残基であるアルキル置換ヒドロキシ安息香酸由来のアルキル置換ヒドロキシ安息香酸又はその塩である。
もう一つの実施態様では、アルキル置換ヒドロキシ芳香族カルボン酸又はその塩中に含まれるアルキル基の少なくとも約50モル%(例えば、少なくとも約60モル%、少なくとも約70モル%、少なくとも約80モル%、少なくとも約85モル%、少なくとも約90モル%、少なくとも約95モル%、又は少なくとも約99モル%)は、約C14−約C18である。
アルキル置換ヒドロキシ芳香族カルボン酸上のカルボン酸部は、アルキル置換ヒドロキシ芳香族化合物に直接または間接的に連結することができる。一つの好ましい実施態様では、カルボン酸部は、アルキル置換ヒドロキシ芳香族化合物に直接連結している。
アルキル置換ヒドロキシ芳香族カルボン酸好適な塩としては、アルキル置換ヒドロキシ芳香族カルボン酸のアルカリ又はアルカリ土類金属塩が挙げられる。好適なアルカリ金属及びアルカリ土類金属の非制限的例としては、上記で記載したものが挙げられる。
アルキル置換ヒドロキシ芳香族カルボン酸の調製方法は、当該技術分野で周知である。一般に、アルキル置換ヒドロキシ芳香族カルボン酸は、二酸化炭素を用いる対応するアルキル置換ヒドロキシ芳香族化合物のカルボキシル化によって調製される。金属塩は、所望な金属の酸化物、水酸化物又はアルコキシドを用いて調製される。例えば、アルキル置換ヒドロキシ芳香族カルボン酸は、米国特許第6,162,770号明細書に記載の方法で調製することができる。
アルキル置換ヒドロキシ芳香族カルボン酸のアルカリ又はアルカリ土類金属塩は、中性又は過塩基化であることができる。一般に、アルキル置換ヒドロキシ芳香族カルボン酸の過塩基化アルカリ又はアルカリ土類金属塩は、アルキル置換ヒドロキシ芳香族カルボン酸のアルカリ又はアルカリ土類金属塩のBNが、塩基供給源(例えば、石灰)及び酸性の過塩基化化合物(例えば、二酸化炭素)の添加のようなプロセスによって増加しているものである。過塩基化の方法は、当該技術分野で周知である。
一般に、1種類以上のアスファルテン調節剤を、ブレンドの総重量に対して約10ppm−約3重量%の範囲の量でブレンドに添加することができる。一実施態様では、1種類以上のアスファルテン調節剤は、ブレンドの総重量に対して約50ppm−約1000ppmの範囲の量でブレンドに添加することができる。
生成する液状粗炭化水素組成物を輸送するために、(i)芳香族含量が少なくとも約10重量%である1種類以上の炭化水素含有溶媒、及び(ii)芳香族スルホン酸又はその塩、脂肪族スルホン酸及びその塩及びアルキル置換したヒドロキシ芳香族カルボン酸又はその塩からなる群から選択される1種類以上のアスファルテン調節剤を含むブレンドを最初に調製した後に、API度が約20以下の液状粗炭化水素に添加する。ブレンドは、任意の既知のブレンディング又は混合手法によって1種類以上の炭化水素含有溶媒を1種類以上のアスファルテン調節剤と単にブレンディング又は混合することによって形成される。ブレンドが形成したならば、次に、その少量を液状粗炭化水素に添加して、液状粗炭化水素組成物を形成する。パイプライン処理施設のような所望な場所へ又は例えば、タンク、容器及びコンテナ化ユニットを包含するコンテナでの例えば、鉄道、トラック、又は船のような輸送キャリアへパイプラインによって、液状粗炭化水素組成物を輸送する準備ができる。所望な場所は、液状粗炭化水素組成物を更に処理する精製所のような処理施設であることができる。一実施態様では、ブレンドは、その所望な場所に到達したならば、更に処理される。
もう一つの実施態様では、ブレンドを液状粗炭化水素組成物から分離した後、再循環又は再使用する。分離した液状粗炭化水素は、溶媒脱瀝装置に送ってアスファルテン画分及び本質的にアスファルテンを含まない脱瀝油画分を分離することができる。本明細書で用いられる「本質的に含まない」という用語は、その成分が、もしあるならば、微量であること、例えば、その成分が約0.1重量%未満であることを意味するものと理解すべきである。アスファルテン画分は、水素化処理装置又は精製所のコーカー装置(例えば、遅延コークス化又は流動コークス化装置)に送り、アスファルテンを更に処理して、より軽質の炭化水素及び石油コークスとすることができる。
更にもう一つの実施態様では、分離された脱瀝油画分に更なる処理を施すことができる。更なる処理の例としては、精製所内で、水素化処理、水素化分解、水素化、水素化仕上げ及び水素化異性化などのような1種類以上の通常の水素化処理手法を施した1種類以上の粗炭化水素精製成分における精製所供給原料としての生成物の使用が挙げられる。あるいは、1種類以上の生成物を、1種類以上の異なる炭化水素含有供給原料とブレンドすることができる。1種類以上の選択された炭化水素含有供給原料を用いることができる精製所の水素化処理は、当該技術分野で周知である。
「粗炭化水素精製成分」という用語は、一般的には石油精製プロセスのような粗炭化水素を精製するための処理の装置又は手段を表す。粗炭化水素精製成分としては、熱交換器、炉、原油予熱器、コーカー予熱器、又は任意の他の加熱器、FCCスラリーボトム、デブタナイザー交換器/塔、精製施設における他の供給材料/流出液交換器及び炉空気予熱器、精製施設におけるフレアコンプレッサー成分及び石油化学施設におけるスチームクラッカー/改質管のような熱伝達成分が挙げられるが、これらに限定されない。粗炭化水素精製成分としては、熱伝達が起こり得る他の手段、例えば、分別又は蒸留カラム、スクラバー、反応器、液体ジャケット付きタンク、パイプスティール、コーカー及びビスブレーカーを挙げることができる。本明細書で用いられる「粗炭化水素精製成分」とは、管、配管、邪魔板、及び上記の粗炭化水素精製成分の任意の1つに対して内部にあり、を少なくとも部分的に構成し及び/又はと直接液体連通している他のプロセス輸送機構を包含するものと解釈される。
もう一つの実施態様では、液状粗炭化水素組成物が形成されたならば、液状粗炭化水素組成物は、最初に例えば、パイプラインを介して輸送され、次いで更に別の輸送キャリアによって上記のような更なる処理のための精製所などの所望な場所へ輸送される。例えば、液状粗炭化水素組成物を、パイプラインによって船舶ターミナルへ輸送し、次いで、液状粗炭化水素組成物を更に船で所望な精製所に輸送することができる。
下記の非制限的例は、本発明の実例である。
例1
C20−C24の異性化α−オレフィン(IAO)の調製
C20−C24の異性化α−オレフィン(IAO)の調製
ノルマルα−オレフィン(NAO)における主要なオレフィン種は、典型的には、α−オレフィンである。固体酸押出成形物触媒ICR502(Chevron Lummus Globalから購入)上のNAOの異性化は、α−オレフィンをβ−オレフィン、内部オレフィン及びさらには三置換オレフィンへ異性化する。ICR502触媒上でのNAOの異性化は、骨骼異性化も誘発し、メチル基が分岐と呼ばれる異性化α−オレフィン(IAO)の炭化水素鎖に沿って導入される。IAOのα−オレフィン及び分岐含量は、赤外分光法によって好都合に観察される(例2参照)。NAOのオレフィン及び骨骼異性化の程度は、異性化プロセスの条件によって変化する。
本例では、Chevron Phillips Chemical Companyから入手したC20−C24NAOを、反応器の底から反応器の先端へ順に145gのAlundum24、85gAlundum100と混合した40gのICR505、及び134gのAlundum24を充填した管状の固定床反応器(2.54cmIDx54cm長のステンレス鋼)で異性化した。反応器は、温度制御した電気炉に垂直に設置した。触媒を、約30ml/分の乾燥窒素の下向流中において約150℃で乾燥した。NAO(約35℃に加熱)を、触媒床を常圧で130℃−230℃の温度に保持しながら、WHSV(単位時間当たりの重量空間速さ)1.5で上向流式に送液した。170−187℃で収集したIAOは、64.8%の分岐及び0.3重量%のα−オレフィンの残留を示した。
例2
C20−C24異性化α−オレフィン(IAO)の%分岐及び%α−オレフィンの測定
C20−C24異性化α−オレフィン(IAO)の%分岐及び%α−オレフィンの測定
赤外分光法を用いて、例1で得られた異性化C20−C24NAO、すなわちIAOのメチル分岐度及び残留α−オレフィン度を決定した。この手法は、減衰反射(ATR)赤外分光法によって測定した1378cm−1(メチルの伸縮に特徴的)における赤外吸収と対応する水素化IAO試料のGLPC(気液相クロマトグラフィー)分析によって測定した分岐度との間の検量線の展開を含む(水素化によって、IAOが、ノルマルパラフィンが所定の炭素数に対して最長のGLPC保持時間を有するパラフィン混合物に転換される)。同様に、減衰反射(ATR)赤外分光法によって測定した907cm−1(α−オレフィンC−H伸縮に特徴的)における吸収と定量的炭素NMRのよって決定したα−オレフィン度との間に、検量線を展開した。
分岐度に対するデータに適合する線形最小二乗法は、下記の式を示した。
水素化GCによる%分岐=3.0658x(ATR赤外分光法による1378cm−1におけるピーク高さ、mm)−54.679
回帰方程式がどの位良好に生データに合うかを示す尺度として一般に用いられる相関係数(R2)は0.9321であり、この較正方程式を生成するのに用いられる試料の分岐含量は、約9%−92%の範囲であった。
同様に、α−オレフィン度データに適合する線形最小二乗法は、下式を示した。
炭素NMRによる%α−オレフィン=0.5082x(ATR赤外分光法による909cm−1におけるピーク高さ、mm)−2.371
相関係数(R2)は0.9884であり、この較正方程式を生成するのに用いた試料のα−オレフィン含量は約1%−75%であった。
例3
64.8%分岐度のC20−C24IAOのスルホン化
64.8%分岐度のC20−C24IAOのスルホン化
例1からの64.8%の分岐度のC20−C24IAO(0.3重量%の残留α−オレフィンを含む)を、ガラス製の水ジャケット付き流下膜式管形反応器(0.6cmID及び3個の反応器を直列にしたもの、R1=30cm、R2=30cm及びR3=70cm)中で、SO3/空気と下記の条件を用いてスルホン化した。
IAO供給温度=35℃
反応器温度=30℃
気流量=192リットル/時
SO2流量=16リットル/時
SO2−SO3の転換率=87%
IAO供給速度=4.0g/分
次いで、生成する粗製C20−C24異性化オレフィンスルホン酸を40℃にて20分間空気中で蒸解し、下記のスルホン酸を得た:64.4重量%RSO3H及び1.85重量%H2SO4、シクロヘキシルアミン滴定による。
例4
C20−C28アルキル置換ヒドロキシ芳香族カルボン酸の調製
C20−C28アルキル置換ヒドロキシ芳香族カルボン酸の調製
C20−C28アルキル置換ヒドロキシ芳香族カルボン酸の調製は、C20−C28アルキルフェノール(OLOA200H、Chevron Oronite Company LLCから発売されている)から出発して、工程I−中和、工程II−カルボキシル化及び工程III−酸性化の3つの工程を含む。
工程I−C20−C28アルキルフェノールの中和による対応するカリウム塩の調製
Chevron Phillips CHemical Companyから入手した未異性化C20−C24/C26−C28NAO(80:20)の混合物から作製され、1.0%エーテル、3.5%ジ−アルキレート、35.9%パラ−アルキル−異性体、0.8%遊離フェノール及び0.8%未反応オレフィン/パラフィン(HPLC9415による)の特性を有する市販のC20−C28アルキルフェノール(OLOA200 H)(1500g、3.70モル)を、ディーン・スタークトラップと冷却器を備えた4リットルの丸底四つ口フラスコに入れた後、750gの混合キシレン及び0.2gの発泡防止剤を加えた。混合物を撹拌を行いながら15分間60℃に加熱した後、444.0g(3.43モル、純度について補正)の50重量%水性KOH溶液を10分間かけて加えた。この混合物を、次に135℃に150分間加熱した。135℃への温度傾斜の開始時に、圧力は450mmHgに減少した。生成する還流キシレンを更に3時間還流状態に保持し、この時点で約300mlの水をディーン・スタークトラップから回収した。反応を室温まで冷却し乾燥窒素の雰囲気下に保持し、カリウムアルキルフェノール塩/キシレン溶液を得た。この液体を分析したところ、水の存在=200ppm及び総塩基数=82.0であった。
工程II−C20−C28アルキルフェノールのカリウム塩のカルボキシル化
工程Iから得たアルキルフェノールカリウム塩/キシレン溶液を100℃に加熱して、4リットルのステンレス鋼製の圧力反応器に移した。反応器の内容物を140℃に加熱し、CO2を反応器の圧力が3バールに達するまで生成物中に通した。反応を140℃及びCO2を3バールの定圧に4時間保った。反応器の内容物を約100℃まで冷却し、32.0%キシレンマスバランス、カルボン酸=65.0mgKOH/g(滴定により測定)及びサリチル酸指数=730mgKOH/g試料(滴定のより測定)の特性を有するカルボン酸カリウムのキシレン溶液を得た。
工程III−C20−C28アルキルフェノール由来のカルボン酸カリウムの酸性化
工程IIから得たカルボン酸カリウム/キシレン溶液(1100g)を、機械式撹拌器、還流冷却器、温度計を備えた4リットル丸底四つ口フラスコに乾燥窒素雰囲気下、室温にて投入した後、254gの混合キシレンを加えた。この混合物に、767gの10重量%水性H2SO4を撹拌しながら30分間かけて加えた。この時間中に、反応を60℃に加熱した。生成物を分離漏斗に移し、約2時間放置して相分離させ、この時点で下記の特性を有する有機相を得た:カルボン酸=41.8mgKOH/g及びサリチル酸指数=48.0mgKOH/g試料、滴定による;57.5%キシレン、マスバランスによる;水=3100ppm;K=116ppm。
次いで、有機相を無水MgSO4上で乾燥し、濾過して、キシレンを真空蒸留によって除去し、最終のC20−C28アルキル置換ヒドロキシ芳香族カルボン酸を得た。
例5
C18アルキル置換オルト−キシレンスルホン酸の調製
C18アルキル置換オルト−キシレンスルホン酸の調製
C18アルキル置換オルト−キシレンスルホン酸の調製は、工程I−1−オクタデセンを用いるオルト−キシレンのアルキル化によるC18アルキル置換オルト−キシレンの生成及び工程II−C18アルキル置換オルト−キシレンのスルホン化の2工程を含む。
工程I−オルト−キシレンの1−オクタデセンによるアルキル化
機械式撹拌器、還流冷却器及び温度計を備えた4リットル四つ口ガラス製の丸底フラスコに、1038g(9.8モル)のオルト−キシレンに続いて52.1g(0.39モル)の固形の三塩化アルミニウムを一度に窒素雰囲気下にて撹拌しながら添加した。この撹拌混合物に、492.5g(1.95モル)の1−オクタデセン(Chevron Phillips CHemical Companyから入手)を約30分間かけて徐々に加えて、反応の温度38−44℃に保持した。反応を室温まで冷却し、0.1N水性NaOHを加えて反応停止した(反応の温度は57℃に上昇した)。ガラスフラスコの内容物を分離漏斗に移し、水性層を分離し、有機層を0.1N水性NaOHで洗浄した後、800mlの水で4回洗浄した。有機層を無水MgSO4上で乾燥させ、濾過し、過剰のオルト−キシレンを真空蒸留によって除去し(ロータリーエバポレーター)、約98.6重量%のモノアルキレートを含む587gのn−C18アルキルオルト−キシレンを得たが、1,2,3−アルキル化異性体はIRでは検出されなかった。
工程II−C18アルキル置換オルト−キシレンのスルホン化
工程IからのC18アルキル置換オルト−キシレンの試料を、ガラス製の水ジャケット付き流下膜式管形反応器(0.6cmID及び3個の反応器を直列にしたもの、R1=30cm、R2=30cm及びR3=70cm)中で、SO3/空気と下記の条件を用いてスルホン化した。
アルキレート供給温度=65℃
反応器温度=55℃
気流量=192リットル/時
SO2流量=16リットル/時
SO2−SO3の転換率=98%
アルキレート供給速度=4.09g/分
生成する粗製C18アルキル置換オルト−キシレンスルホン酸は、下記の特性を有した:75.9重量%スルホン酸及び0.14重量%H2SO4。
例6−11
液状粗炭化水素組成物の調製
液状粗炭化水素組成物の調製
液状粗炭化水素組成物の形成に用いた超重質原油及び炭化水素含有溶媒の特性を、表1に示す。用いた炭化水素含有溶媒の芳香族含量は、23.5重量%であった。下表2に示すように、別々の調製物を調製し、例2又は例3のアスファルテン調節剤を最初に炭化水素含有溶媒に室温にて溶解させてブレンドを形成し、これを次に超重質原油に徐々に添加し、室温にて1−3時間振盪した。粘度測定はASTM D−445を用いて行い、少なくとも2回の測定の平均値として±2%の誤差で記録した。対照実験は、それぞれの例について行い、超重質原油をアスファルテン調節剤の非存在下にて炭化水素含有溶媒に添加し、それらの粘度(括弧内)をそれぞれの液状粗炭化水素組成物の粘度と共に表2に記録した。
例12
高濃度のアスファルテン調節剤の効果の評価
高濃度のアスファルテン調節剤の効果の評価
アスファルテン調節剤の効果を評価するため、例5に準じて調製した超重質原油/ブレンドの粘度減少を、方程式(1)を用いて計算した。
(上記式中、Visbは超重質原油と炭化水素含有溶媒/アスファルテン調節剤ブレンドを含む液状粗炭化水素組成物の40℃における粘度であり、Vis0はアスファルテン調節剤の非存在下での超重質原油と炭化水素含有溶媒を含む対照試料の40℃における粘度である。)
(上記式中、Visbは超重質原油と炭化水素含有溶媒/アスファルテン調節剤ブレンドを含む液状粗炭化水素組成物の40℃における粘度であり、Vis0はアスファルテン調節剤の非存在下での超重質原油と炭化水素含有溶媒を含む対照試料の40℃における粘度である。)
図1から分かるように、超重質原油及び炭化水素含有溶媒/アスファルテン調節剤ブレンドを含む液状粗炭化水素組成物の粘度の減少が、用いた2種類のアスファルテン調節剤で観察された。粘度減少は有意であり、手法の誤差(±2%)を十分に上回る。最大の減少は、2種類のアスファルテン調節剤の最大濃度で起こることが観察された。しかしながら、低濃度(<0.5重量%又は5000ppm)でも、粘度に有意な減少が見られる(ほぼ10−15%)。低濃度での良好な効率が重要であるので、アスファルテン調節剤の幾つかの低濃度での挙動を検討した。
例13−18
低濃度でのアスファルテン調節剤の効果の評価
低濃度でのアスファルテン調節剤の効果の評価
表3に示されるように、超重質原油及び炭化水素含有溶媒/アスファルテン調節剤ブレンドを含む液状粗炭化水素組成物の別々の調製物を、例2及び例3で得たアスファルテン調節剤を100ppm、400ppm及び1000ppmの濃度で用いたこと以外は例6−11と実質的に同じ方法で調製した。対照実験も例のそれぞれについて行い、超重質原油をアスファルテン調節剤の非存在下にて炭化水素含有溶媒に加え、それらの粘度(括弧)をそれぞれの液状粗炭化水素組成物の粘度と共に表3に記録する。
図2から分かるように、粘度減少が総てのブレンドについて観察された。最高の粘度減少は、最低濃度のアスファルテン調節剤濃度について観察された。これらの結果は特に重要であり、アスファルテン調節剤の添加量が経済的成功の決定における重要な側面であり、低濃度のこれらの調節剤によって示される高活性は、超重質原油の輸送におけるこの経路の可能性を示すからである。
少量のアスファルテン調節剤を用いて達成された粘度の減少は、全く予想されなかったものである。実際に、得られた結果は、アスファルテン調節剤の濃度が減少すると、その活性が増加すること(粘度減少の増大)を示唆している。それは、アスファルテン調節剤のコロイド挙動の結果と考えられる。低濃度では、これらの化合物は流対中に分散したままであり、アスファルテンと相互作用することによってそれらの会合を防止し、コロイド相互作用を減少させ、その結果粘度を減少させることができる。
様々な変更を、本明細書に開示された実施態様に対して行うことができることが分かるであろう。従って、上記の記述は限定的なものとは解釈すべきではなく、単なる好ましい実施態様の例示と解釈すべきである。例えば、上記され且つ本発明を操作するための最善の様式として実行される機能は、単に例示目的のためである。他の配置及び方法は、当業者によって発明の範囲及び精神から離反することなしに行うことができる。更に、当業者であれば、添付の特許請求の範囲の範囲及び精神の内で他の変更を想像されるであろう。
Claims (15)
- (a)API度が約20以下の液状粗炭化水素、及び
(b)(i)芳香族含量が少なくとも約10重量%である1種類以上の炭化水素含有溶媒、及び(ii)芳香族スルホン酸又はその塩、脂肪族スルホン酸及びその塩及びアルキル置換したヒドロキシ芳香族カルボン酸又はその塩からなる群から選択される1種類以上のアスファルテン調節剤を含む少量のブレンド
を含む、液状粗炭化水素組成物。 - API度が約20以下の液状粗炭化水素が、重質原油又は超重質原油を含む、請求項1に記載の液状粗炭化水素組成物。
- 1種類以上の炭化水素含有溶媒が芳香族精製所流溶媒を含む、請求項1又は2に記載の液状粗炭化水素組成物。
- 1種類以上のアスファルテン調節剤が、アルキル芳香族スルホン酸であって、アルキル部が約10−約80個の炭素原子を有するα−オレフィン由来である、請求項1−3のいずれか一項に記載の液状粗炭化水素組成物。
- 1種類以上のアスファルテン調節剤が、脂肪族スルホン酸であって、脂肪族基が異性化オレフィン由来である、請求項1−3のいずれか一項に記載の液状粗炭化水素組成物。
- 1種類以上のアスファルテン調節剤が、アルキル置換ヒドロキシ芳香族カルボン酸であって、アルキル部が約10−約80個の炭素原子を有するα−オレフィン由来である、請求項1−3のいずれか一項に記載の液状粗炭化水素組成物。
- 少量のブレンドが液状粗炭化水素組成物の総重量に対して約10重量%−約40重量%である、請求項1−6のいずれか一項に記載の液状粗炭化水素組成物。
- 少量のブレンドが、液状粗炭化水素組成物の総重量に対して約15重量%−約35重量%である、請求項1−6のいずれか一項に記載の液状粗炭化水素組成物。
- 液状粗炭化水素を輸送する方法であって、
(a)API度が約20以下の液状粗炭化水素を提供する工程、
(b)(i)芳香族含量が少なくとも約10重量%である1種類以上の炭化水素含有溶媒、及び(ii)芳香族スルホン酸又はその塩、脂肪族スルホン酸及びその塩及びアルキル置換したヒドロキシ芳香族カルボン酸又はその塩からなる群から選択される1種類以上のアスファルテン調節剤、を含むブレンドを提供する工程、
(c)少量のブレンドを液状粗炭化水素と混合して、液状粗炭化水素組成物を得る工程、及び
(d)処理施設又は輸送キャリアーに液状粗炭化水素組成物を輸送する工程
を含む、方法。 - API度が約20以下の液状粗炭化水素が、重質原油又は超重質原油を含む、請求項9に記載の方法。
- 1種類以上の炭化水素含有溶媒が、芳香族精製所流溶媒を含む、請求項9又は10に記載の方法。
- 1種類以上のアスファルテン調節剤がアルキル芳香族スルホン酸であって、アルキル部が、約10−約80個の炭素原子を有するα−オレフィン由来である、請求項9−11のいずれか一項に記載の方法。
- 1種類以上のアスファルテン調節剤が脂肪族スルホン酸であって、脂肪族基が異性化オレフィン由来である、請求項9−11のいずれか一項に記載の方法。
- 1種類以上のアスファルテン調節剤がアルキル置換ヒドロキシ芳香族カルボン酸であって、アルキル部が約10−約80個の炭素原子を有するα−オレフィン由来である、請求項9−11のいずれか一項に記載の方法。
- 少量のブレンドが、液状粗炭化水素組成物の総重量に対して約10重量%−約40重量%である、請求項9−14のいずれか一項に記載の方法。
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