JP2018508557A - オレフィン含有炭化水素供給物をオリゴマー化生成物または水素化オリゴマー化生成物に変換する方法 - Google Patents
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Abstract
Description
したがって、オレフィンのオリゴマー化の方法に関する先行技術では、許容される触媒の寿命および活性を確実なものにすること、ならびに所望の生成物の特性を制御することについて、多数のアプローチが展開されてきた。
米国特許出願公開第2012/0116141号(WO2007/006398)には、オレフィンをオリゴマー化する方法であって、オレフィンを、反応器管から反応熱を除去するための温度制御流体を含有するシェルを有する管型反応器の反応器管中のゼオライト触媒に接触させるステップを含み、反応器に対するオレフィン供給物が少なくとも42質量%のオレフィンを含有し、操作条件において、反応器から出る反応生成物混合物が少なくとも55bargの圧力であるように制御され、シェル側の温度制御流体パラメーターにおいて、この流体が反応器を出る際に反応器管中のピーク温度が温度制御流体の温度を50℃以下の分超えるように制御される、方法が記載されている。このように、米国特許出願公開第2012/0116141号の方法は、具体的な反応器設計および温度プロフィールを使用して、特に触媒寿命および達成される変換について、方法を制御および最適化している。
さらなる一態様によれば、本発明は、オレフィン含有炭化水素供給物をオリゴマー化生成物または水素化オリゴマー化生成物に変換する方法で形成されるシクロアルカンおよびシクロアルケンのレベルを調節する方法であって、オレフィンをオリゴマー化するのに好適な条件下で反応器中の供給物をオリゴマー化触媒に接触させてオリゴマー化生成物を得るステップを含み、オリゴマー化生成物を水素化するステップを含んでもよく、このオレフィン供給材料が少なくとも1つのC2−C12非環状オレフィンおよび少なくとも1つのC4−、C5−、C6−またはC7−環状オレフィンを含み、このC4−、C5−、C6−またはC7−環状オレフィンのうちの少なくとも1つの含有率を、所定レベルであるか、それ未満であるかまたはそれを超えるように調節する、方法に関する。
さらに、「含む(comprising)」(ならびに「含む(comprise)」および「含む(comprises)などの、含むの任意形態)、「有する(having)」(ならびに「有する(have)」および「有する(has)」などの、有するの任意形態)、「含む(including)」(ならびに「含む(includes)」および「含む(include)」などの、含むの任意形態)または「含有する(containing)」(ならびに「含有する(contains)」および「含有する(contain)」などの、含有するの任意形態)といった単語は、包含的または非限定的であり、材料、化合物もしくは構成要素などの追加の列挙されていない要素も、追加の方法のステップも、除外しない。
「供給物中の環状オレフィンの含有率を調節する」という表現および本明細書で使用されているこの表現の任意形態は、蒸留などの当技術分野で知られている任意の方法によって、現存する供給物から供給物中に環状オレフィンの所定レベルを有する供給物を選択すること、または供給物中の環状オレフィンの含有率を調整することを互換的に指す。そのため、本発明の方法は、供給物中のC4−、C5−、C6−またはC7−環状オレフィンのうちの少なくとも1つの含有率が、本発明の態様に応じて、所定レベルであるか、それ未満であるかまたはそれを超える方法と称することもできる。
本発明のさらなる実施形態では、本明細書で開示されている化合物、構成成分、組成物および方法は、これらの点において開示されている特徴からなることができる。
本発明によれば、オリゴマー化生成物または水素化オリゴマー化生成物に変換されるオレフィン含有炭化水素供給物は、少なくとも1つのC2−C12非環状オレフィン、および環がC4−、C5−、C6−またはC7−員である少なくとも1つの環状オレフィンを含み、供給物中のC4−、C5−、C6−またはC7−環状オレフィンのうちの少なくとも1つの含有率を、所定レベルであるか、それ未満であるかまたはそれを超えるように調節する。オレフィンにはジオレフィンが含まれ得る。
本明細書で使用される場合、「非環状オレフィン」は式CnH2nを有する任意の不飽和炭化水素を指し、式中、Cは炭素原子であり、Hは水素原子であり、nはオレフィン中の炭素原子数である。本発明によれば、供給物中の非環状オレフィンは、典型的には2〜12個の炭素原子、例えば、少なくとも3個かつ8個以下の炭素原子、より典型的には少なくとも3個かつ6個以下の炭素原子を有する。これらは、低級オレフィンまたは軽質オレフィンとも称される。好ましい実施形態によれば、供給物は、C3、C4および/またはC5オレフィン含有流れである。
実施形態のクラスにおいて、オレフィン含有炭化水素供給物は、非環状C3およびC5オレフィンの混合物、非環状C4およびC5オレフィンの混合物または非環状C3、C4およびC5オレフィンの混合物を含む。
供給物中に存在するオレフィン(環状+非環状)の総量については、実施形態のクラスにおいて、供給物は、供給物の総質量に基づいて、20質量%以上のオレフィン、例えば25質量%以上のオレフィン、代替的に30質量%以上のオレフィン、例えば35質量%以上のオレフィン、代替的に40質量%以上のオレフィン、例えば45質量%以上のオレフィン、代替的に50質量%以上のオレフィン、例えば55質量%以上のオレフィン、代替的に60質量%以上のオレフィン、例えば65質量%以上のオレフィン、代替的に70質量%以上のオレフィン、例えば75質量%以上のオレフィン、および代替的に80質量%以上のオレフィンを含む。代替的に、オレフィンの含有率は、前述の限界値から推論できる範囲とすることができる。60〜90質量%、または70〜80質量%、または65〜70質量%の範囲が好適である。
一実施形態によれば、オレフィン含有炭化水素供給物は、供給物の総質量に基づいて、50または60質量%以下のブテンおよび30または40質量%のペンテンを含む。
上で開示されているオレフィン含有炭化水素流れを得るための具体的な供給源は、以下で詳細に開示される。
好適なC3オレフィン含有供給物流れの例としては、流動接触分解装置(FCC)からの「希薄」または「製油所グレード」のプロピレンなどの未処理C3に富む製油所流れ、水蒸気分解装置からのC3に富む流れ、「化学グレード」または「ポリマーグレード」プロピレン生成からのC3に富む流れ、製油所ガス回収ユニットからのC3に富む流れ、プロパン脱水素ユニットからのC3に富む流れ、ガスツーオレフィン(GTO:Gas to Olefin)ユニット、またはフィッシャー−トロプシュユニットからのC3に富む流れ、およびポリプロピレン生成ユニットからのC3に富む戻り流れが挙げられる。接触分解からのC3流れは、分解の過酷度に応じて、例えば50〜60質量%のプロピレン、または60質量%以上などのようにより高く、または70質量%以上、例えば、72質量%もしくは75質量%もしくはさらに79質量%以下、のプロピレンを含有してもよい。水蒸気分解からのC3流れは、水蒸気分解生成物浄化方法における調達に応じて、5〜95質量%のプロピレン、化学グレードのプロピレンについては92〜94質量%、または化学グレードプロピレン生成からの副生成物流れについては25〜50%のプロピレンを含有してもよい。
本明細書で開示されている実施形態に従って含有率が調節される、少なくとも1つの環状オレフィンは、C4−、C5−、C6−またはC7−環状オレフィンである。環状オレフィン環構造は、置換されても置換されなくてもよく、例えば、メチルなどの1つまたは複数のC1−またはC2−置換基で置換されてもよい。特に、この少なくとも1つの環状オレフィンは、シクロブテン、シクロペンテン、シクロヘキセンおよびシクロヘプテンからなる群から選択される。好ましくは、少なくとも1つの環状オレフィンはC5環構造を有する。特に、この少なくとも1つの環状オレフィンは、シクロペンテン、メチルシクロペンテン、メチルシクロブテン、シクロヘキセンまたはメチルシクロヘキセンである。
特に、供給物中の少なくとも1つの環状オレフィンの含有率の所定レベルは、触媒の失活レートが、触媒1t当たりに生成されるオリゴマー化生成物1,000t当たり、30℃未満、好ましくは20℃未満、より好ましくは10℃未満であるように、特に、触媒1t当たりに生成されるオリゴマー化生成物1,000t当たり20℃未満または10℃未満であるように、選択することができ、触媒の失活レートは、供給物中の選択されたオレフィンの90%変換を維持するために必要な温度増加として定義される。
少なくとも1つの環状オレフィンの含有率の所定レベルは、以下の相関式:
A(質量%)=0.25+1.93(B(質量%))
に基づいて選択することができ、式中、Aは、オリゴマー化生成物中で形成されたCn−Cn+10シクロアルカンおよびシクロアルケンの、オリゴマー化生成物を含有する反応器流出物の総質量に基づいた含有率であり、Bは、オレフィン供給物中に存在するn−1個の炭素原子を有する環状オレフィンの、供給物中のオレフィンの総質量に基づいた含有率であり、nは5〜8の整数であり、好ましくは、nは6である。
A’(質量%)=0.25+1.93(B’(質量%))
となる。
このような相関式は、所望の量のC6−C16シクロアルケンを有するオリゴマー化生成物の生成に要するシクロペンタジエンのレベルを算出するために使用することができる。
少なくとも1つの環状オレフィンのレベルの調節は、上で詳細に開示されている、流れに対する蒸留または希釈操作によって達成することができる。これらの操作自体は、当技術分野で周知である。
オリゴマー化は、オレフィンをオリゴマー化するのに好適な条件下で反応器中の供給物をオリゴマー化触媒に接触させてオリゴマー化生成物を得るステップによって行われ、オリゴマー化生成物を水素化するステップがさらに行われてもよく、通常、オリゴマー化触媒はゼオライトベース触媒およびリン酸ベース触媒からなる群から選択される。
少なくとも1つのゼオライト触媒の例としては、TON構造型のもの(例えば、ZSM−22、ISI−1、Theta−1、Nu−10、およびKZ−2)、MTT構造型のもの(例えば、ZSM−23およびKZ−1)、MFI構造型のもの(例えば、ZSM−5、ZSM−5b、など)、MFS構造型のもの(例えば、ZSM−57)、MEL−構造型のもの(例えば、ZSM−11)、MTW構造型のもの(例えば、ZSM−12)、EUO構造型のもの(例えば、EU−1)、AEL構造型のもの(例えば、SAPO−11)、フェリエライトファミリーのメンバー(例えば、ZSM−35)およびモレキュラーシーブのZSM−48ファミリーのメンバー(例えば、ZSM−48)が挙げられる。他の例としては、MWW(例えば、MCM−22、MCM−48)、MOR、またはベータ型触媒が挙げられる。本明細書で使用される場合、「構造型」という用語は、Structure Type Atlas, Zeolites 17, 1996に記載されているように使用される。
触媒のうちの2つ以上の混合物を本発明の方法で使用してもよい。例えば、この混合物には、ZSM−22およびZSM−57、またはZSM−22およびZSM−5、またはZSM−57およびZSM−5が含まれる。また、この少なくとも1つのゼオライト触媒は、固体リン酸(sPa)触媒または他の酸触媒などの、他の触媒と組み合わせてもよい。
オリゴマー化触媒で使用するゼオライトは、15μm以下、例えば、0.01〜6μm、代替的に0.05〜5μm、代替的に0.1〜3μmの範囲内の、平均微結晶サイズまたは平均粒子サイズを有し得る。本明細書で使用される場合、「平均粒子サイズ」は、体積基準での結晶における直径分布の算術的平均を指す。
上記の議論の多くがアルミノシリケートゼオライトを対象としているが、ケイ素およびアルミニウムが全体的または部分的に他の元素、例えば第2族〜第15族原子のうちの任意の1つまたは複数、によって置き換えられた材料を使用することも可能である。例えば、ケイ素は、ゲルマニウムまたはアルミニウムで置き換えてもそれらに接触させてもよく、あるいはホウ素、ガリウム、クロムおよび鉄で置き換えてもよい。本明細書で使用される場合、このような置き換え格子要素を含有するこれらの材料もゼオライトと称され得る。
代替的に、結合剤を含まないバージョンのゼオライトを使用してもよい。
オリゴマー化の文脈において、好適な反応条件には約80℃〜約350℃の温度が含まれ得る。この範囲の上限に近づきそれを超えると、脱オリゴマー化レートが増加し、オリゴマー化より優勢となって実際的操作の上限をもたらし得る。より典型的には、反応温度は、約130℃〜約320℃、好ましくは約135℃〜約310℃、さらにより好ましくは約160℃〜約270℃である。
質量に基づいたオレフィンの質量毎時空間速度は、約0.1時-1〜約20時-1、または約0.5時-1〜約5時-1の範囲とすることができる。
一実施形態では、当該方法は、80〜350℃の温度、0.1〜20時-1のオレフィンの質量毎時空間速度、および2860〜27688kPaの圧力で行われる。
別の実施形態では、当該方法は、130〜320℃の温度、0.5〜5時-1のオレフィンの毎時空間速度、および3550〜10446kPaの圧力で行われる。
また、オレフィン供給物は、オリゴマー化の前に水和させ(すなわち、水に接触させ)てもよい。一実施形態では、供給物を飽和させるために十分な水を使用する。特に、供給物は、供給物の炭化水素の総含有率に基づいて、約0.01〜約0.25mol%、代替的に約0.02〜約0.20mol%、代替的に約0.03〜約0.10mol%の水を含んでもよい。所望に応じて例えば、供給物の水の含有率は、サーモスタットを備えた水サチュレータに通すことによって増加させてもよい。そのため、オリゴマー化ステップで使用するオレフィン供給物は、濡れていても乾燥していてもよい。
概して、オリゴマー化生成物は、30℃〜310℃の範囲で沸騰するC5−C20オレフィン、特に、以下の表で示されているヘキセン、ヘプテン、オクテン、ノネン、デセン、ウンデセン、ドデセンおよびトリデセンからなる群から選択されるオリゴマー化生成物を含む。
実施形態のクラスにおいて、オリゴマー化生成物は、ASTM D86に従って決定される、35℃〜230℃の範囲、すなわち35℃〜230℃の初留点(IBP)および蒸留範囲、72℃〜260℃の範囲、すなわち72℃〜260℃の乾点(DPT)を有する。
概して、水素化オリゴマー化生成物は、98〜270℃の範囲、すなわち98〜270℃の初留点(IBP)および蒸留範囲、104〜311℃の範囲、すなわち104〜311℃の乾点(DPT)を有する。
一実施形態によれば、オリゴマー化生成物は、153℃の初留点(IBP)および蒸留範囲、173℃の乾点(DPT)を有する。水素化の後、水素化オリゴマー化生成物は162℃のIBPおよび177℃のDPTを有する。
一実施形態によれば、オリゴマー化生成物は、ASTM D86に従って決定される、185℃の初留点(IBP)および蒸留範囲、208℃の乾点(DPT)を有する。水素化の後、水素化オリゴマー化生成物は190℃のIBPおよび210℃のDPTを有する。
一実施形態によれば、オリゴマー化生成物は、ASTM D86に従って決定される、217℃の初留点(IBP)および蒸留範囲、260℃の乾点(DPT)を有する。水素化の後、水素化オリゴマー化生成物は223℃のIBPおよび260℃より高いDPTを有する。
触媒失活レートの調節
この実施例は、C4およびC5混合オレフィンならびにパラフィンからなるシクロペンテン含有炭化水素流れのオリゴマー化と、供給物中のシクロペンテンのレベルを調節することによる触媒失活レートの調節とを例示するものである。
先の記載で述べられているように、触媒失活レートは、本明細書では、触媒メートルトン(tonne)当たりに生成される1000メートルトン(tonnes)の生成物当たり、ブテンの90%の総変換を維持するために必要な温度増加として定義される。失活レートは、図1に示す曲線の該当領域の勾配とは異なるシクロペンテン含有率について算出した。
この実施例は、C4およびC5混合オレフィンならびにパラフィンからなるシクロペンテン含有炭化水素流れのオリゴマー化と、オリゴマー化生成物中のシクロアルカンおよびシクロアルケンの形成の調節とを、例示するものである。
Claims (17)
- オレフィン含有炭化水素供給物をオリゴマー化生成物に変換する方法であって、オレフィンをオリゴマー化するのに好適な条件下で反応器中の供給物をオリゴマー化触媒に接触させてオリゴマー化生成物を得るステップを含み、前記オレフィン供給材料が少なくとも1つのC2−C12非環状オレフィンおよび少なくとも1つのC4−、C5−、C6−またはC7−環状オレフィンを含み、供給物中のC4−、C5−、C6−またはC7−環状オレフィンのうちの少なくとも1つの含有率を、所定レベルであるか、それ未満であるかまたはそれを超えるように調節する、方法。
- オリゴマー化生成物を水素化に供して、水素化オリゴマー化生成物を生成する、請求項1に記載の方法。
- 少なくとも1つのC4−、C5−、C6−またはC7−環状オレフィンの含有率を用いて、オリゴマー化生成物または水素化オリゴマー化生成物の組成を調節している、請求項1または2に記載の方法。
- 少なくとも1つの環状オレフィンの含有率の所定レベルが、オリゴマー化触媒の寿命が増加するように選択される、請求項1から3までのいずれか1項に記載の方法。
- 少なくとも1つの環状オレフィンの含有率の所定レベルが、触媒の失活レートが30℃未満、好ましくは20℃未満、特に10℃未満であるように選択され、触媒の失活レートは、触媒1t当たりに生成される生成物1,000t当たり、選択されたオレフィンの90%の変換を維持するために必要な温度増加として定義される、請求項1から4までのいずれか1項に記載の方法。
- 触媒によるオリゴマー化に供される供給物中のシクロペンテンの含有率が、供給物中のオレフィンの総質量に基づいて1.5質量%またはそれ以下のレベルであり、オリゴマー化生成物2,000t当たり20℃未満の失活レートを維持する、請求項5に記載の方法。
- 前記選択されたオレフィンが、プロペン、ブテンおよびペンテンからなる群から選択される、請求項5に記載の方法。
- 少なくとも1つの環状オレフィンの含有率の所定レベルが、オリゴマー化生成物中に形成されるC6−C16シクロアルカンおよびシクロアルケンの含有率が所定レベルであるか、それ未満であるかまたはそれを超えるように、オリゴマー化生成物を含有する反応器流出物の総質量に基づいて、特に15質量%未満、好ましくは5質量%未満、特に2質量%未満であるように選択される、請求項1または2に記載の方法。
- 炭化水素供給物中のシクロペンタジエンの所定レベル(A’)が、オリゴマー化生成物中のC6−C16シクロアルケンの含有率(B’)から、相関式
A’(質量%)=0.25+1.93(B’(質量%))
を使用して算出される、請求項1または2に記載の方法。 - オレフィン含有炭化水素供給物中の少なくとも1つの環状オレフィンの含有率が、オレフィン含有炭化水素供給物中のオレフィンの総質量に基づいて、2質量%未満、例えば、1.8、1.5、1.0、0.8、または0.5質量%である、請求項1から9までのいずれか1項に記載の方法。
- オレフィン含有炭化水素供給物が、C3、C4、C5およびC6オレフィンならびにこれらの混合物、特にC3、C4およびC5オレフィンならびにこれらの混合物、例えば、C3およびC5オレフィンの混合物、C4およびC5オレフィンの混合物、またはC3、C4およびC5オレフィンの混合物からなる群から選択される非環状オレフィンを含む、請求項1から10までのいずれか1項に記載の方法。
- オレフィン含有炭化水素供給物が、供給物中のオレフィンの総質量に基づいて、50質量%以下のブテンおよび30質量%以下のペンテンを含む、請求項9に記載の方法。
- オリゴマー化が、500〜1,500psigの範囲の圧力および130℃〜320℃の範囲の温度で行われる、請求項1から12までのいずれか1項に記載の方法。
- オリゴマー化触媒が、ゼオライトベース触媒およびリン酸ベース触媒からなる群から選択される、請求項1から13までのいずれか1項に記載の方法。
- オリゴマー化生成物が、35℃〜230℃の初留点(IBP)および蒸留範囲、72℃〜260℃の乾点(DPT)を有し、IBPおよびDPTがASTM D86に従って決定される、請求項1から14までのいずれか1項に記載の方法。
- オリゴマー化生成物を、蒸留および水素化によってさらに処理して、水素化オリゴマー化生成物を得る、請求項1から15までのいずれか1項に記載の方法。
- 水素化オリゴマー化生成物が、98〜270℃の初留点(IBP)および蒸留範囲、104〜311℃の乾点(DPT)を有する、請求項14に記載の方法。
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