JP2022155376A - Estimation method for coke generation amount in fluid catalytic cracking device - Google Patents

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幸太郎 松本
Kotaro Matsumoto
潔 佐瀬
Kiyoshi Sase
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Abstract

To provide a new method for estimating a coke generation amount with high precision in a fluid catalytic cracking device.SOLUTION: A method for estimating a coke generation amount in a fluid catalytic cracking device by a computer includes the steps of: (1) obtaining component information of a single core molecule in raw material oil based on results of raw material oil analysis using Fourier transform ion cyclotron resonance mass spectrometry (FT-ICR MS); and (2) calculating the coke generation amount based on the component information on the single core molecule whose total number of rings is four or more and naphthene ring number is two or more and the single core molecule whose total number of rings is seven or more and the naphthene ring number is one or less.SELECTED DRAWING: Figure 5

Description

特許法第30条第2項適用申請有り 1.刊行物名 平成31年度 高効率な石油精製技術の基礎となる石油の構造分析・反応解析等に係る研究開発事業 事業報告書 2.発行日 令和2年3月31日 3.公開者 一般財団法人石油エネルギー技術センター [刊行物等] 1.掲載アドレス http://www.pecj.or.jp/forum http://www.pecj.or.jp/japanese/jpecforum/2020/pdf/jf016.pdf 2.掲載日 令和2年5月11日 3.公開者 佐瀬潔 [刊行物等] 1.掲載アドレス等 https://www.pecj.or.jp/wp-content/uploads/2021/02/JPEC_report_No.210201.pdf 同日中に一般財団法人石油エネルギー技術センター賛助会員企業の担当者にもメールにて発信 2.掲載日 令和3年2月12日 3.公開者 一般財団法人石油エネルギー技術センター [刊行物等] 1.集会名 石油学会熊本大会(第50回石油・石油化学討論会) 2.開催日 令和2年11月13日 3.公開者 松本幸太郎 [刊行物等] 1.掲載アドレス https://confit.atlas.jp/guide/event/jpi2020f/top 2.掲載日 令和2年11月10日 3.公開者 松本幸太郎 [刊行物等] 1.掲載アドレス https://confit.atlas.jp/guide/event/jpi2020f/proceedings/list 2.掲載日 令和3年2月1日 3.公開者 松本幸太郎There is an application for the application of Article 30, Paragraph 2 of the Patent Act. Publication name FY2019 Research and development project related to structural analysis and reaction analysis of petroleum, which is the basis of highly efficient petroleum refining technology Business report 2. Date of issue March 31, 2020 3. Publisher Japan Petroleum Energy Technology Center [Publications] 1. Posting address http://www. pecj. or. jp/forum http://www. pecj. or. jp/japanese/jpecforum/2020/pdf/jf016. pdf 2. Posting date May 11, 2020 3. Publisher: Kiyoshi Sase [Publications] 1. Posting address, etc. https://www. pecj. or. jp/wp-content/uploads/2021/02/JPEC_report_No. 210201. pdf On the same day, it will also be sent by e-mail to the person in charge of the supporting member company of the Japan Petroleum Energy Technology Center. Posted on February 12, 2021 3. Publisher Japan Petroleum Energy Technology Center [Publications] 1. Name of Meeting Kumamoto Meeting of Japan Petroleum Institute (50th Petroleum and Petrochemical Symposium) 2. Date November 13, 2020 3. Published by Kotaro Matsumoto [Publications] 1. Posting address https://conf. atlas. jp/guide/event/jpi2020f/top2. Posting date November 10, 2020 3. Published by Kotaro Matsumoto [Publications] 1. Posting address https://conf. atlas. jp/guide/event/jpi2020f/proceedings/list2. Posting date February 1, 2021 3. Published by Kotaro Matsumoto

本発明は、流動接触分解装置類におけるコーク生成量の推算方法に関し、より詳細には、RFCCをはじめとする流動接触分解装置類におけるコーク生成量をコンピュータにより推算する方法、それに使用される装置、システム、コンピュータおよびそれを使用する方法、並びに装置をコンピュータに実行させるコンピュータプログラムおよびその記録媒体に関する。 The present invention relates to a method for estimating the amount of coke produced in fluid catalytic cracking units, and more particularly, a method for estimating the amount of coke produced in fluid catalytic cracking units such as RFCC by computer, and an apparatus used therefor. It relates to a system, a computer, a method of using the same, a computer program that causes a computer to execute the device, and a recording medium thereof.

流動接触分解は、重質油をはじめとする石油原料と触媒とを接触させて分解し、製品価値の高い軽質油、中間留分等に変換する反応である。流動接触分解には、主に脱硫減圧軽油(DSVGO)を原料とする流動接触分解(FCC)装置や主に脱硫常圧残油(DSAR)を原料とする残油流動接触分解(RFCC)装置等の流動接触分解装置類が広く使用されており、製油所の収益向上を図る技術開発の鍵と位置付けられている。 Fluidized catalytic cracking is a reaction in which petroleum feedstocks such as heavy oil are brought into contact with a catalyst to crack them and convert them into high-value light oil, middle distillates, and the like. For fluid catalytic cracking, fluid catalytic cracking (FCC) units that mainly use desulfurized vacuum gas oil (DSVGO) as raw material, and residue fluid catalytic cracking (RFCC) units that mainly use desulfurized atmospheric residue (DSAR) as raw material, etc. Fluidized catalytic cracking units are widely used, and are positioned as the key to technological development to improve the profitability of refineries.

流動接触分解においては、コーク発生による触媒の反応効率の低下がしばしば問題となることから、コークの付着した触媒は通常、再生塔で燃焼処理され、さらに燃焼後の触媒は再利用に付される。そのため、コーク生成による流動接触分解の効率低下を回避する観点から、原料の性状、触媒の種類を含めた反応条件等に応じてコーク生成量を推算し、最適運転の実現するための様々な検討がなされている。(例えば、特許文献1)。 In fluidized catalytic cracking, deterioration of the reaction efficiency of the catalyst due to coke generation is often a problem, so the catalyst with coke attached is usually combusted in a regeneration tower, and the catalyst after combustion is reused. . Therefore, from the viewpoint of avoiding a decrease in the efficiency of fluidized catalytic cracking due to coke generation, various studies are conducted to estimate the amount of coke generation according to the properties of raw materials, the reaction conditions including the type of catalyst, etc., and to realize the optimum operation. is done. (For example, Patent Document 1).

特開2017-66203号公報JP 2017-66203 A

しかしながら、流動接触分解装置類においては、コークの生成量の予測に利用しうる原料油中の構成成分の分子構造や存在量は何ら報告されておらず、コーク生成量を高精度で予測することは困難であった。また、一般的に重質原料ほどコーク生成量が増加すると考えられていたが、軽質原料であってもコークが生成することが知られている。 However, in fluidized catalytic cracking units, there have been no reports on the molecular structure and abundance of constituent components in the feedstock that can be used to predict the amount of coke produced. was difficult. In addition, it was generally thought that the heavier the raw material, the greater the amount of coke produced, but it is known that even the light raw material produces coke.

このような技術状況下、本出願人は、鋭意検討した結果、流動接触分解装置類における生成油の得率の推算において、フーリエ変換イオンサイクロトロン共鳴質量分析(FT-ICR MS)により得られる原料油の特定の構成成分情報に基づき、流動接触分解装置類におけるコーク生成量を高精度で推算し得ることを見出した。本発明は、かかる知見に基づくものである。 Under such technical circumstances, as a result of intensive studies, the applicant found that in estimating the yield of produced oil in fluidized catalytic cracking units, feedstock oil obtained by Fourier transform ion cyclotron resonance mass spectrometry (FT-ICR MS) It was found that the amount of coke produced in fluidized catalytic cracking equipment can be estimated with high accuracy based on the specific component information of The present invention is based on such findings.

したがって、本発明は、流動接触分解装置類において、コーク生成量を高精度で予測することを一つの目的としている。 Accordingly, one object of the present invention is to predict the amount of coke produced in fluidized catalytic cracking apparatuses with high accuracy.

上記の目的を達成するため、本発明者らは、以下の本発明を創出した。即ち、本発明の要旨は以下のとおりである。
本発明の一実施態様において、流動接触分解装置類におけるコーク生成量をコンピュータにより推算する方法であって、
(1)フーリエ変換イオンサイクロトロン共鳴質量分析(FT-ICR MS)を用いる原料油分析の結果に基づいて、原料油中のシングルコア分子の構成成分情報を求めるステップ、および
(2)総環数が4以上でありかつナフテン環数が2以上であるシングルコア分子および総環数が7以上でありかつナフテン環数が1以下であるシングルコア分子の構成成分情報に基づき、コーク生成量を算出するステップ
を含むことを特徴とするものである。
In order to achieve the above objects, the present inventors created the following inventions. That is, the gist of the present invention is as follows.
In one embodiment of the present invention, a computerized method for estimating coke production in fluid catalytic cracking units, comprising:
(1) obtaining constituent information of single core molecules in the feedstock based on the results of feedstock analysis using Fourier transform ion cyclotron resonance mass spectrometry (FT-ICR MS); The amount of coke produced is calculated based on the component information of a single-core molecule having 4 or more and 2 or more naphthenic rings and a single-core molecule having 7 or more total rings and 1 or less naphthenic rings. It is characterized by including a step.

また、本発明の別の実施態様においては、流動接触分解装置類におけるコーク生成量の推算装置、システムおよびそれらの運転方法や、それらを実行させるコンピュータプログラム、その記録媒体およびそれを記憶したコンピュータも提供される。 In another embodiment of the present invention, a coke production amount estimation device, a system, a method of operating them, a computer program for executing them, a recording medium thereof, and a computer storing it provided.

本発明によれば、流動接触分解装置類において、コーク生成量を高精度で予測することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it is a fluid-catalytic-cracking apparatus. WHEREIN: The amount of coke production can be estimated with high precision.

本発明の実施形態による流動接触分解装置類におけるコーク生成量をコンピュータにより推算する方法を説明するフローチャートである。4 is a flow chart illustrating a method for computer estimation of the amount of coke produced in fluid catalytic cracking units according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態における多成分混合物(原料油)の各成分の分子構造を特定するためのステップ(1)を説明するフローチャートである。1 is a flow chart explaining step (1) for identifying the molecular structure of each component of a multi-component mixture (feedstock oil) in an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態による流動接触分解装置類におけるコーク生成量の推算装置を説明する機能ブロック図である。It is a functional block diagram explaining the estimation apparatus of the amount of coke production in the fluid catalytic cracking apparatus by embodiment of this invention. 本発明の実施態様によるにおいて使用されるRFCCベンチ装置の模式図である。1 is a schematic diagram of an RFCC bench apparatus used in accordance with an embodiment of the present invention; FIG. 本発明の実施態様において、総環数4以上のシングルコア分子(Core4環+)または総環数5以上のシングルコア分子(Core5環+)に関する原料油中のコア量と生成油中のコア量の差分と、コーク生成量との相関関係を示すグラフである。In an embodiment of the present invention, the amount of cores in feed oil and the amount of cores in product oil for single-core molecules with 4 or more total rings (Core 4-ring +) or single-core molecules with 5 or more total rings (Core 5-ring +) is a graph showing the correlation between the difference in , and the amount of coke produced.

<定義>
本発明の実施形態を説明するにあたり、先ず、本明細書にて使用する用語ないし表現について説明する。
(1)「多成分混合物」
「多成分混合物」とは、二以上の成分からなるあらゆる混合物を包括する概念である。成分の含有割合は問わない。具体的には、好ましくは、「石油」であり、さらに好ましくは、「重質油」である。より詳しくは、「多くの芳香族化合物を主たる成分とする混合物」である。
<Definition>
Before describing the embodiments of the present invention, terms and expressions used in this specification will be described.
(1) "multi-component mixture"
A "multi-component mixture" is a concept encompassing all mixtures consisting of two or more components. The content ratio of the components is irrelevant. Specifically, it is preferably "petroleum", more preferably "heavy oil". More specifically, it is a "mixture containing many aromatic compounds as main components".

(2)「成分」
「成分」とは、「混合物をある特定の物理的または化学的性状を基準として括った塊」、即ち、「ある特定の物理的または化学的性状を基準として分画された分画物(フラクション)」を意味する。特定の物理的または化学的性状を基準として括る方法としては、例えば、蒸留試験における沸点範囲を特定して、その温度範囲にあるものを一つの成分として分画する方法等が挙げられる。この場合、混合物は「分画物(フラクション)の集合体」ということになる。或いは、「成分」を、多成分混合物を構成する一つ一つの構成員であって、「同一の分子種に属すると認められる分子の集合体」と捉えてもよい。ここで、「同一の」とは、「分子構造を完璧に特定し、その上で同一である」、或いは、「分子構造上の異性体(分子式は同じであるが構造が異なるもの)同士は同一のものとする」という意味と捉えてもよく、例えば、後述する「JACDのような方式で特定された構造において同一である」という意味と捉えてもよい。さらには、広く「任意に定めた基準に基づいて一括りにした分子の集合体」という意味と捉えてもよい。
(2) "Component"
"Component" means "mass of a mixture based on specific physical or chemical properties", that is, "fractions (fractions) based on specific physical or chemical properties" )” means. As a method of grouping based on specific physical or chemical properties, for example, a method of specifying a boiling point range in a distillation test and fractionating substances within that temperature range as one component can be mentioned. In this case, the mixture is an "aggregate of fractions". Alternatively, a "component" may be regarded as an "aggregate of molecules recognized as belonging to the same molecular species", each of which constitutes a multi-component mixture. Here, "identical" means "the molecular structure is completely specified and then the same", or "isomers on the molecular structure (same molecular formula but different structure) For example, it may be interpreted as meaning "having the same structure specified by a system such as JACD" described later. Furthermore, it can also be interpreted broadly as meaning "an aggregate of molecules grouped together based on an arbitrary standard."

(3)「構成する」
「多成分混合物を構成する」とは、多成分混合物中に存在する100%すべての成分を想定するものでなくてもよい。本発明により特定される各成分の分子構造をどのように利用するかにより、どの程度の詳細さを以て成分としての分子種特定が必要になるかに応じて、「構成する各成分」を適宜決定すればよい。例えば、多成分混合物中において一定の存在量(存在割合)以上を持つ分子種のみを対象として、「構成する成分」と捉えてもよい。石油のような膨大な種類の分子種すべてについて分子構造を同定する必要性は必ずしも高いとは限らず、微量しか存在しない分子種等については、必要に応じて、無視してもよい。例えば、「多成分混合物」として、多環芳香族レジン分(PA)を対象とする場合、PAを構成する成分として、パラフィン系化合物およびオレフィン系化合物の存在は無視してもよい。
(3) "Configure"
"Constituting a multi-component mixture" may not assume 100% of all components present in the multi-component mixture. Depending on how the molecular structure of each component specified by the present invention is used and how detailed it is necessary to specify the molecular species as a component, "each constituent component" is appropriately determined. do it. For example, only molecular species having a certain abundance (proportion of abundance) or more in a multi-component mixture may be regarded as “constituent components”. It is not always necessary to identify the molecular structures of a huge number of molecular species such as petroleum, and molecular species that exist only in trace amounts may be ignored if necessary. For example, when a polycyclic aromatic resin component (PA) is targeted as a "multicomponent mixture", the existence of paraffinic compounds and olefinic compounds as components constituting PA may be ignored.

(4)「分子構造を特定する」、「分子」
「分子構造を特定する」とは、上記「成分」における「分子」に関し、分子が持つ構造に関する何等かの情報を特定するという行為であれば、あらゆる行為を包含するものである。目的および必要性に応じて、その度合い、表示の方式を適宜選択すればよい。分子全体の構造を特定するという行為のみならず、分子の一部分についての構造に関する情報を組み込んでもよい。例えば、コア部分の構造のみを特定し、側鎖部分や架橋部分については構造を特定せず分子式のままにしておいてもよい。
本明細書において、好ましくは、後述する「JACD」で分子構造を特定する。「JACD」で構造が特定された分子というのは、後述するアトリビュートの結合位置の違いによる異性体をすべて含む概念である。本明細書において、「分子」は、異性体をすべて含む概念と捉えてもよい。
(4) "Specify molecular structure", "molecule"
"Specifying the molecular structure" includes any action as long as it is an action of specifying some kind of information about the structure of the molecule with respect to the "molecule" in the above-mentioned "ingredient". Depending on the purpose and necessity, the degree and display method may be appropriately selected. Structural information about a portion of a molecule may be incorporated as well as the act of specifying the structure of the entire molecule. For example, only the structure of the core portion may be specified, and the molecular formulas of the side chain portions and the cross-linked portion may be left as they are without specifying the structures.
In this specification, the molecular structure is preferably specified by "JACD" described later. A molecule whose structure is specified by "JACD" is a concept that includes all isomers due to differences in the binding positions of attributes described later. As used herein, the term "molecule" may be understood as a concept that includes all isomers.

(5)「各成分の存在割合を特定する」
「各成分の存在割合を特定する」とは、混合物を構成する各成分について、それらが存在する比率を特定するという行為であれば、あらゆる行為を包含するものである。また、混合物を構成するすべての成分種について存在割合が特定されなければならないという意味ではなく、分析技術では検出が困難な程度の量しか存在しないような成分や特定する必要のない成分までを含めたすべての成分の存在割合を特定して初めて、「各成分の存在割合を特定した」とするものではない。かかる微量成分等については、「その他の成分」としてまとめて扱ってもよい。さらには、これらを「混合物を構成する各成分」という範囲から除外し、他の成分の存在割合を算出する上での分母に入れなくてもよい。
(5) "Specify the abundance ratio of each component"
"Specify the proportion of each component present" includes any action as long as it is an action of specifying the proportion in which each component constituting a mixture exists. In addition, it does not mean that the abundance ratio of all component species that make up the mixture must be specified, but includes components that are present in amounts that are difficult to detect with analytical techniques and components that do not need to be specified. It does not mean that "the existence ratio of each component has been specified" for the first time after specifying the abundance ratio of all the components. Such trace components and the like may be collectively treated as "other components". Furthermore, these may be excluded from the scope of "each component constituting the mixture" and not included in the denominator for calculating the abundance ratio of other components.

(6)「すべての」
本明細書において、「すべての」とは、必ずしも「100%全部の」という意味でなくてもよい。例えば、質量スペクトルについて「すべてのピーク」という言い方をしている箇所については、文字どおり、「100%全部のピーク」という意味のみならず、例えば、その場面での検討の目的上必ずしも必要でない分子に関するピークや判別しにくいようなピーク等については、適宜、除外した上で、それ以外のピークを指すという意味と捉えてもよい。
(6) "All"
As used herein, "all" does not necessarily mean "100% of all." For example, where reference is made to "all peaks" in a mass spectrum, not only does it literally mean "100% of all peaks", but it also refers, for example, to molecules that are not necessarily required for the purposes of the discussion in that context. It may be understood that peaks or peaks that are difficult to discriminate are appropriately excluded and other peaks are indicated.

(7)「ピーク」
質量分析において得られるピークの横軸は、多成分混合物を構成する各成分の分子イオンまたは擬分子イオンについてのm/zである。このm/zが示す数値は、分子イオンまたは擬分子イオンの質量に相当する数値であるため、概ね、そのピークに帰属させられる分子の分子量を表している。本明細書では、この「質量分析において得られた、分子イオンまたは擬分子イオンについてのm/zのピーク」を、「質量分析において得られたピーク」、または単に「ピーク」ということがある。また、当該ピークの高さは、そのピークに帰属する分子の相対的な存在割合を示している。
(7) "Peak"
The horizontal axis of peaks obtained in mass spectrometry is m/z for molecular ions or pseudo-molecular ions of each component constituting the multicomponent mixture. Since the numerical value indicated by m/z is a numerical value corresponding to the mass of a molecular ion or pseudo-molecular ion, it roughly represents the molecular weight of the molecule assigned to that peak. In this specification, this "m/z peak for molecular ions or pseudo-molecular ions obtained in mass spectrometry" may be referred to as "peak obtained in mass spectrometry" or simply "peak". Also, the height of the peak indicates the relative abundance of molecules belonging to that peak.

(8)「分子式」
「分子式」とは、分子を構成する元素の種類と数のみを示す式のことであり、構造は特定されていないものを指している。分子を構成する元素の種類と数がわかっているため、分子量および後述するDBE値等の情報は得ることができる。
(8) "Molecular formula"
A "molecular formula" is a formula that indicates only the types and numbers of elements that constitute a molecule, and indicates that the structure is not specified. Since the types and numbers of elements constituting the molecule are known, information such as the molecular weight and the DBE value, which will be described later, can be obtained.

本発明において主として用いているフーリエ変換イオンサイクロトロン共鳴方式による質量分析(以下、「FT-ICR-MS」ともいい、FT-ICR-質量分析により得られたスペクトルを「FT-ICR-質量分析スペクトル」ともいう)においては、m/zの値を小数点第4位まで決定することができる。そのため、原子の同位体の存在をも考慮した精密な質量の数合わせを行うことにより、そのピークに帰属する分子の分子式を決定することができる。分子式というのは、分子を構成する元素の種類と数のみを表すものにすぎないため、上記決定された分子式に該当する分子としては、異性体が複数存在しうる。即ち、1本のピークには、分子式が同一である複数の異性体が帰属しうる。 Mass spectrometry by the Fourier transform ion cyclotron resonance method mainly used in the present invention (hereinafter also referred to as "FT-ICR-MS", the spectrum obtained by FT-ICR-mass spectrometry is "FT-ICR-mass spectrometry spectrum" ), the value of m/z can be determined to four decimal places. Therefore, the molecular formula of the molecule attributed to the peak can be determined by performing accurate mass number matching in consideration of the presence of atomic isotopes. Since the molecular formula only expresses the types and numbers of elements constituting the molecule, a molecule corresponding to the determined molecular formula may have a plurality of isomers. That is, multiple isomers having the same molecular formula can be attributed to one peak.

ただし、FT-ICR-MSの特性上、分子式は同一であっても、例えば、その分子イオンに水素イオンが付加している等により、元の分子イオンと質量が異なることになり、そのため別のピークとして現れることがある。よって、測定上は別ピークとして現れたものであっても、分子式を構成する元素の種類と数が同一であるものは「同一の分子式」として捉えてもよい。「その分子式に該当する分子」という文言において、「その分子式」というのは、このような「同一の分子式」という意味で捉えてもよい。また、「あるピーク」という場合、上記の意味で「同一の分子式」を表しているとされた種々のm/zのピークをすべてまとめて捉えた概念と考えてもよい。 However, due to the characteristics of FT-ICR-MS, even if the molecular formula is the same, for example, hydrogen ions are added to the molecular ions, resulting in different masses from the original molecular ions. It may appear as a peak. Therefore, even if the peaks appear as different peaks in the measurement, those having the same kind and number of elements constituting the molecular formula may be regarded as "the same molecular formula". In the phrase "molecules corresponding to the molecular formula", "the molecular formula" may be understood to mean "the same molecular formula". In addition, the term "certain peak" may be considered as a concept that collectively captures all peaks of various m/z that represent "the same molecular formula" in the above sense.

(9)「コア」、「シングルコア」、「ダブルコア」
「コア」とは、後述の「JACD」の項で記載する「アトリビュート」の一種であって、具体的には、芳香環またはナフテン環そのもの、芳香環とナフテン環が架橋ではなく直接結合しているもの、芳香環またはナフテン環にヘテロ環が架橋ではなく直接結合しているものである。架橋または側鎖は、コアとは別のアトリビュートであるため、「コア」とは、架橋または側鎖を一切有しないものを意味している。
(9) "core", "single core", "double core"
The “core” is a kind of “attribute” described in the “JACD” section below, and specifically includes an aromatic ring or a naphthene ring itself, an aromatic ring and a naphthene ring that are not bridged but directly bonded. or a hetero ring directly bonded to an aromatic ring or naphthenic ring instead of being bridged. A "core" means without any bridges or side chains, since the bridges or side chains are separate attributes from the core.

一方、「シングルコア」とは、上記コアを1個だけ有する分子を指す概念である。分子を指す概念であるため、コアに側鎖が結合しているものも包含している。上記コアの2個以上が架橋してなる分子を「マルチコア」という。「マルチコア」も分子を意味するため、コアに側鎖が結合しているものも包含している。2個のコアが架橋してなる分子を「ダブルコア」という。
例えば、以下に示すナフタレン分子は、1個の芳香環からなるものであるため「シングルコア」であり、ベンゼン環2個からなるダブルコアではない。
On the other hand, "single core" is a concept that indicates a molecule having only one core. Since it is a concept that refers to molecules, it also includes those in which side chains are bound to the core. A molecule in which two or more of the above cores are crosslinked is called a "multicore". Since "multicore" also means a molecule, it also includes those in which side chains are attached to the core. A molecule in which two cores are crosslinked is called a “double core”.
For example, the naphthalene molecule shown below is a "single core" because it consists of one aromatic ring, and is not a double core consisting of two benzene rings.

Figure 2022155376000002
Figure 2022155376000002

(10)「DBE値」
「DBE値」とは、分子式が、「C」である場合、以下の式(1)にて算出される値である。
DBE = c- h/2+n/2 + 1 ・・・(1)
(式中、cは炭素原子の数、hは水素原子の数、nは窒素原子の数、oは酸素原子の数、sは硫黄原子の数を示す。)
この値は、概ね、分子における不飽和性、とりわけ、二重結合および環の存在の程度を示すものである。
(10) "DBE value"
The " DBE value" is a value calculated by the following formula (1) when the molecular formula is " CcHhNnOoSs ".
DBE=c-h/2+n/2+1 (1)
(Wherein, c is the number of carbon atoms, h is the number of hydrogen atoms, n is the number of nitrogen atoms, o is the number of oxygen atoms, and s is the number of sulfur atoms.)
This value generally indicates the degree of unsaturation in the molecule, especially the presence of double bonds and rings.

(11)「JACD (ジャックディー)」「Juxtaposed Attributes for Chemical-structure Description)」
「JACD」とは、分子構造に関する新規な表示方式であって、分子の構造を、アトリビュートの種類およびアトリビュートの数により表示するものである。アトリビュートが他のアトリビュートのいずれの位置において結合しているかについては表示しない。
上記において、「アトリビュート」とは、分子を構成している化学構造上の部品(パーツ)を指す概念である。芳香族化合物においては、具体的には、前述の「コア」、「架橋」および「側鎖」を指す。
この表示方式によると、石油を構成する膨大数の分子の各々に関し、それらの構造を、必要かつ十分な程度に特定することができる。
以下の化学式で表された分子を例にとって説明する。
(11) "JACD""Juxtaposed Attributes for Chemical-structure Description)"
"JACD" is a new display method for molecular structure, which displays the molecular structure by the type of attribute and the number of attributes. It does not indicate where the attribute is bound to other attributes.
In the above description, the term “attribute” is a concept that refers to chemical structural parts (parts) that constitute a molecule. In aromatic compounds, it specifically refers to the aforementioned "core", "bridges" and "side chains".
According to this display system, for each of the vast number of molecules that make up petroleum, their structure can be specified to the necessary and sufficient extent.
A molecule represented by the following chemical formula will be described as an example.

Figure 2022155376000003
Figure 2022155376000003

この化合物をJACDで表すと、以下の表1のようになる。 The JACD of this compound is shown in Table 1 below.

Figure 2022155376000004
Figure 2022155376000004

JACDで表示され、構造が特定された分子とは、アトリビュートの結合位置の違いによる異性体をすべて含む概念である。 A molecule represented by JACD and having a specified structure is a concept that includes all isomers due to differences in the binding positions of attributes.

(12)「物性値」
「物性値」とは、物質の物理的または化学的な性質や性状、特性を表現するものであれば、名称の如何に拘わらず、「物性値」に含まれる。本明細書において、「物性値」とは、これらに限定されるものではないが、例えば、沸点、融点、ハンセン溶解度指数値、生成ギブス自由エネルギー、イオン化ポテンシャル、分極率、誘電率、蒸気圧、液体密度、API度、気体粘度、液体粘度、表面張力、臨界温度、臨界圧力、臨界体積、生成熱、熱容量、双極子モーメント、エンタルピー、エントロピー等である。
(12) "Physical property value"
A "physical property value" is included in a "physical property value" regardless of its name as long as it expresses the physical or chemical properties, properties, or characteristics of a substance. As used herein, the term "physical property" includes, but is not limited to, boiling point, melting point, Hansen solubility index value, Gibbs free energy of formation, ionization potential, polarizability, dielectric constant, vapor pressure, Liquid density, API degree, gas viscosity, liquid viscosity, surface tension, critical temperature, critical pressure, critical volume, heat of formation, heat capacity, dipole moment, enthalpy, entropy and the like.

(13)「石油」
本明細書において、「石油」とは、原油、並びに原油を蒸留して得られる諸留分および諸留分に改質や分解等の二次装置による処理を加えて得られる留分等をも含む総称的な概念をいう。或いは、原油を蒸留して得られたある留分について、さらに飽和炭化水素や芳香族炭化水素等の成分に分画した分画物をさすこともある。
(13) “Oil”
As used herein, the term “petroleum” includes crude oil, fractions obtained by distilling crude oil, and fractions obtained by subjecting the fractions to secondary equipment such as reforming and cracking. A generic concept that includes Alternatively, it may refer to a fraction obtained by further fractionating a fraction obtained by distilling crude oil into components such as saturated hydrocarbons and aromatic hydrocarbons.

(14)「流動接触分解装置」、「流動接触分解装置類」
本明細書において、「流動接触分解装置」とは、石油留分を流動接触分解反応により分解する装置であり、流動接触分解(FCC)装置、残油流動接触分解(RFCC)装置が挙げられる。狭義の流動接触分解(FCC)装置と区別するために「流動接触分解装置類」と記す場合もある。
(14) “Fluid catalytic cracking unit”, “Fluid catalytic cracking units”
As used herein, the term "fluid catalytic cracking unit" refers to a unit that cracks a petroleum fraction by a fluid catalytic cracking reaction, and includes a fluid catalytic cracking (FCC) unit and a residue fluid catalytic cracking (RFCC) unit. In some cases, it is described as "fluid catalytic cracking equipment" to distinguish it from the narrowly defined fluid catalytic cracking (FCC) equipment.

<流動接触分解装置類におけるコーク生成量をコンピュータにより推算する方法>
本発明の一実施形態によれば、図1に示される通り、流動接触分解装置類におけるコーク生成量をコンピュータにより推算する方法であって、
(1)フーリエ変換イオンサイクロトロン共鳴質量分析(FT-ICR MS)を用いる原料油分析の結果に基づいて、原料油中のシングルコア分子の構成成分情報を求めるステップ、および
(2)総環数が4以上でありかつナフテン環数が2以上であるシングルコア分子および総環数が7以上でありかつナフテン環数が1以下であるシングルコア分子の構成成分情報に基づき、前記コーク生成量を算出するステップ
を含む方法が提供される。上述のようなシングルコア分子が、流動接触分解装置類におけるコーク生成量を推算するための指標となり得ることは、意外な事実である。
<Method for estimating the amount of coke produced in fluid catalytic cracking equipment by computer>
According to one embodiment of the present invention, as shown in FIG. 1, a method for computationally estimating coke production in fluid catalytic cracking units, comprising:
(1) obtaining constituent information of single core molecules in the feedstock based on the results of feedstock analysis using Fourier transform ion cyclotron resonance mass spectrometry (FT-ICR MS); The amount of coke produced is calculated based on the component information of the single-core molecule having 4 or more and 2 or more naphthenic rings and the single-core molecule having 7 or more total rings and 1 or less naphthenic rings. A method is provided that includes the step of: It is an unexpected fact that a single-core molecule as described above can serve as an index for estimating the amount of coke produced in fluid catalytic cracking units.

ステップ(1):FT-ICR MSを用いる原料油分析の結果に基づいて、原料油中のシングルコア分子の構成成分情報を求めるステップ
図2のフローチャートを参照して、本実施形態における多成分混合物(原料油)の各成分の分子構造を特定するための、ステップ(1)を説明する。
ステップS1(質量分析)(図2のS1)
ステップ1は、多成分混合物に対しFT-ICR MSを行い、得られたピークの各々について、そのピークに帰属する分子の分子式を特定し、さらにその分子の存在割合を特定するステップである。即ち、重質油に対しFT-ICR MSを行い、それにより得られたすべてのピークについて、各ピークに帰属する分子の分子式を特定し、さらにその分子式に該当する分子の存在割合を特定するステップである。
Step (1): Based on the results of feedstock analysis using FT-ICR MS, the step of obtaining constituent information of single-core molecules in the feedstock With reference to the flow chart in FIG. Step (1) for specifying the molecular structure of each component of (raw material oil) will be explained.
Step S1 (mass spectrometry) (S1 in FIG. 2)
Step 1 is a step of performing FT-ICR MS on a multi-component mixture, identifying the molecular formulas of the molecules assigned to each of the obtained peaks, and further identifying the abundance ratio of the molecules. That is, a step of performing FT-ICR MS on heavy oil, identifying the molecular formula of the molecule assigned to each peak for all the peaks obtained thereby, and further identifying the abundance ratio of the molecule corresponding to that molecular formula. is.

FT-ICR-質量分析計によれば、試料をソフトイオン化して分子イオンまたは擬分子イオンを形成することにより、高精度な計測を行うことができる。 According to the FT-ICR-mass spectrometer, high-precision measurement can be performed by softly ionizing a sample to form molecular ions or pseudo-molecular ions.

ステップS2(衝突誘起解離)(図2のS2)
ステップS2は、多成分混合物に対し衝突誘起解離を行うステップである。「衝突誘起解離(Collision Induced Dissociation、以下、「CID」ともいう。)」とは、分子をイオン化し、これをアルゴン等の不活性ガスに衝突させ、架橋および側鎖を切断する操作をいう。通常、当該多成分混合物を構成する各成分における架橋および側鎖が切断されるように、衝突エネルギーを与えることが好ましい。架橋および側鎖を切断することにより、コアごとのフラグメントイオンが生成される。このコアは、衝突誘起解離では切断し得なかった炭素数0~4程度の脂肪族基を側鎖として有していることがある。
Step S2 (collision-induced dissociation) (S2 in FIG. 2)
Step S2 is a step of performing collision-induced dissociation on the multi-component mixture. “Collision induced dissociation (hereinafter also referred to as “CID”)” refers to an operation of ionizing a molecule and colliding it with an inert gas such as argon to break crosslinks and side chains. Generally, it is preferred to provide collision energy such that cross-links and side chains in each component making up the multi-component mixture are broken. Fragment ions for each core are generated by cleaving the cross-links and side chains. This core may have, as a side chain, an aliphatic group having about 0 to 4 carbon atoms that could not be cleaved by collision-induced dissociation.

多成分混合物に対しFT-ICR-MSを行ったとき、得られるピークのm/zから、多成分混合物を構成する分子の分子式を決定することができるが、その分子の「コア」に関する情報は得られない。そこで、さらに、衝突誘起解離を行って、多成分混合物を構成する各分子中の架橋および側鎖を切断すれば、多成分混合物全体の中に存在するコアの種類を知ることができる。 When FT-ICR-MS is performed on a multicomponent mixture, it is possible to determine the molecular formulas of the molecules that make up the multicomponent mixture from the m/z values of the peaks obtained. I can't get it. Therefore, if collision-induced dissociation is further performed to break the crosslinks and side chains in each molecule that constitutes the multicomponent mixture, the types of cores present in the entire multicomponent mixture can be known.

衝突誘起解離を行う条件としては、分子中の架橋および側鎖を有効に切断できる衝突エネルギー、例えば、10~50kcal/モルが好ましく、20~40kcal/モルがより好ましい。なお、40kcal/モルは、分子量を700とすると32eVに相当する。 The conditions for collision-induced dissociation are preferably collision energy capable of effectively severing crosslinks and side chains in the molecule, for example, 10 to 50 kcal/mol, more preferably 20 to 40 kcal/mol. 40 kcal/mol corresponds to 32 eV when the molecular weight is 700.

ステップS3(各コアの構造および存在割合の特定)(図2のS3)
ステップS3は、ステップ2の衝突誘起解離により生成した各フラグメントイオンについて、FT-ICR-MSを行い、各フラグメントイオンを構成するコアの構造および存在割合を特定するステップである。
Step S3 (identification of structure and existence ratio of each core) (S3 in FIG. 2)
Step S3 is a step of performing FT-ICR-MS for each fragment ion generated by the collision-induced dissociation in step 2 to specify the structure and abundance ratio of cores constituting each fragment ion.

(ア)まず、各フラグメントイオンを構成するコアについて、その構造を特定する方法を説明する。
具体的には、前記ステップ2で得られたコアに関する情報と、予め用意しておいたコア構造リストに記載されているコアに関する情報とを照合し、各コアの構造を特定する方法である。
詳しくは、以下のとおりである。
i.衝突誘起解離後におけるコアに関する情報の取得
衝突誘起解離後の各フラグメントイオンのFT-ICR-MSにおいては、コアの部分は同じであっても、側鎖として炭素数が0~4程度の脂肪族基を有するフラグメントイオンは、その側鎖の種類に応じて、各々質量が異なるため、別々のピークとして現れる。
(a) First, a method for specifying the structure of the core that constitutes each fragment ion will be described.
Specifically, it is a method of collating the information about the cores obtained in step 2 with the information about the cores described in the core structure list prepared in advance to specify the structure of each core.
Details are as follows.
i. Acquisition of information on the core after collision-induced dissociation In FT-ICR-MS of each fragment ion after collision-induced dissociation, even if the core part is the same, aliphatic side chains with 0 to 4 carbon atoms Fragment ions having groups appear as separate peaks because they have different masses depending on the type of side chain.

そこで、コアに側鎖として炭素数が0~4の脂肪族基を持つものについて、これら各種の質量を予め算出しておき、上記現れた別々のピークを種々比較照合すれば、コアそのものの質量を割り出すことが可能となる。 Therefore, for a core having an aliphatic group having 0 to 4 carbon atoms as a side chain, the mass of each of these is calculated in advance, and the different peaks that appear are compared and collated in various ways, and the mass of the core itself can be assigned.

この方法を用いて、ステップ2において、衝突誘起解離後に得られたピークの各々について、そのピークに帰属されるコアは、質量がいくつで、O,NまたはS原子等のヘテロ原子がいくつ存在し、またDBE値から芳香環がいくつ存在しているかという情報を得ることができる。 Using this method, in step 2, for each of the peaks obtained after collision-induced dissociation, the core attributed to that peak is how many masses and how many heteroatoms such as O, N or S atoms are present. , and information on how many aromatic rings are present can be obtained from the DBE value.

ii.衝突誘起解離後におけるコアの構造の特定
衝突誘起解離後におけるコアの構造を特定する方法として、予め、多成分混合物の各成分分子を構成すると想定できる各種のコアをモデルとしてリスト化した、「コア構造リスト」を作成しておき、当該リストに格納されているコアの分子量、ヘテロ原子の種類と数等の情報と上記にて得られたコアの情報を照合して、このリストの中から最も妥当と考えられるコアのモデルを選択し、そのコアを当該コアとして該当させるという方法がある。この方法により、衝突誘起解離後のFT-ICR-MSにて得られたすべてのピークに対して、コアが割り付けられ、その構造を知ることが可能となる。
ii. Specification of core structure after collision-induced dissociation As a method for specifying the structure of the core after collision-induced dissociation, various cores that can be assumed to constitute each component molecule of the multi-component mixture are listed as models in advance. Create a "structure list", compare the information such as the molecular weight of the core, the type and number of heteroatoms stored in the list with the information on the core obtained above, and select the most There is a method of selecting a model of a core that is considered appropriate and applying that core as the relevant core. By this method, cores are assigned to all peaks obtained by FT-ICR-MS after collision-induced dissociation, making it possible to know their structures.

iii.コア構造リスト
上記コア構造リストに格納するコアの種類については、特に限定されるものではなく、いかなるものであってもよいが、格納するコアの選定の妥当性が各コアの構造特定の妥当性に直結することになる。
試料である多成分混合物そのものの内容に応じて、予め「コア構造リスト」を作成しておくのが好ましい。例えば、多成分混合物が石油の場合、これまでの石油に関する知見をもとにして、予め、「石油の分子構造特定用のコア構造リスト」を作成しておき、それを用いればよい。
iii. Core structure list The types of cores to be stored in the above core structure list are not particularly limited and may be of any type. will be directly connected to
It is preferable to prepare a "core structure list" in advance according to the content of the multi-component mixture itself, which is a sample. For example, when the multi-component mixture is petroleum, a "core structure list for specifying the molecular structure of petroleum" may be prepared in advance based on the knowledge about petroleum so far and used.

リストの作成においては、基本となる芳香環における環数、芳香環に直接結合するナフテン環の種類と数(カタ型かペリ型かという違いも含む)および直接結合の態様(即ち、基本芳香環のどの位置にどういう形でナフテン環が結合しているのかという態様)等、諸条件を勘案して、適当数のコアを格納するのがよい。 In creating the list, the number of rings in the basic aromatic ring, the type and number of naphthenic rings directly bonded to the aromatic ring (including the difference between cata-type and peri-type), and the mode of direct bonding (that is, the basic aromatic ring It is preferable to store an appropriate number of cores in consideration of various conditions such as which position and in what form the naphthene ring is bonded.

例えば、芳香環の大きさは11環までとすることや、ヘテロ原子はN、O、Sを想定し、ヘテロ環の種類としては10個程度とすること等、計算上の便宜を考慮してリストを作成すればよい。 For example, the size of the aromatic ring is up to 11 rings, and the heteroatom is assumed to be N, O, S, and the number of types of heterocycles is about 10, etc., considering convenience in calculation. Just make a list.

iv.コア構造リストからの選定
コア構造リストには、「分子量、DBE値およびヘテロ原子の種類と数がすべて同じであるが、構造式が異なる」というものが複数存在している場合がある。この場合、それらの複数のうちどれを第一優先として選定するかについては、適宜、ルールを決めておけばよい。例えば、優先性として、次の1~3が挙げられる。
1.芳香環のみから成るものを優先する。
2.不飽和結合の多いものを優先する。
3.環数の少ないものを優先する。
iv. Selection from Core Structure List The core structure list may include a plurality of structures that have the same molecular weight, the same DBE value, and the same type and number of heteroatoms, but different structural formulas. In this case, it suffices to appropriately determine a rule as to which one of the plurality is to be selected as the first priority. For example, as the priority, the following 1 to 3 can be mentioned.
1. Preference is given to those consisting only of aromatic rings.
2. Prioritize those with many unsaturated bonds.
3. Prioritize those with fewer rings.

(イ)次に、各コアの存在割合を特定する方法を説明する。
前述のとおり、ステップS2において衝突誘起解離後に得られた各々のピークの高さから、そのm/z、即ち、その質量を持つコアの存在割合を求めることができる。
本ステップS3で得られた衝突誘起解離後の各コアの構造および存在割合は、ステップS4にて用いられることになる。
(b) Next, a method for specifying the existence ratio of each core will be described.
As described above, from the height of each peak obtained after collision-induced dissociation in step S2, the m/z, that is, the existence ratio of cores having that mass can be obtained.
The structure and existence ratio of each core after collision-induced dissociation obtained in step S3 are used in step S4.

ステップS4(クラスごとのコアの存在態様および存在割合の推定)(図2のS4)
ステップS1におけるピークの各々に帰属する分子を、「ヘテロ原子の種類と数(ゼロを含む。)およびDBE値」に基づいて「クラス」に分け、当該各々の「クラス」に属するすべての分子について、その存在態様および存在割合を推定するステップである。
言い換えれば、ステップS1におけるすべてのピークに帰属する分子について、ステップS1にて特定された各々の分子式における「ヘテロ原子の種類と数(ゼロを含む。)およびDBE値」に基づいて「クラス」に分け、当該各々の「クラス」に属するすべての分子について、その存在態様および存在割合を推定するステップである。
Step S4 (Estimation of existence mode and existence ratio of cores for each class) (S4 in FIG. 2)
Molecules belonging to each of the peaks in step S1 are divided into “classes” based on “type and number of heteroatoms (including zero) and DBE value”, and all molecules belonging to each “class” , is the step of estimating the mode of existence and the proportion of existence thereof.
In other words, the molecules belonging to all the peaks in step S1 are classified into “classes” based on “type and number of heteroatoms (including zero) and DBE value” in each molecular formula specified in step S1. It is a step of dividing and estimating the mode of existence and the proportion of all molecules belonging to each of the "classes".

以下、ステップS4について詳説する。
(ア)ステップS1において、すべてのピークについて分子式が特定されているため、その分子式におけるヘテロ原子の種類とその数およびDBE値が判明する。したがって、本ステップでは、この「ヘテロ原子の種類とその数およびDBE値」に基づいて、すべてのピークに帰属させた分子それぞれを、「ヘテロ原子の種類とその数およびDBE値」ごとに括られたそれぞれの「クラス」の中に編入する。
The step S4 will be described in detail below.
(a) In step S1, the molecular formulas are identified for all peaks, so the type and number of heteroatoms in the molecular formula and the DBE value are known. Therefore, in this step, each of the molecules attributed to all peaks is grouped by "type, number, and DBE value of heteroatom" based on the "type, number, and DBE value of heteroatom." into each "class".

「ヘテロ原子の種類と数」とは、詳しくは、「ヘテロ原子の種類とその種類ごとのヘテロ原子の数」である。ヘテロ原子とは、好ましくは、窒素原子、硫黄原子および酸素原子であるため、「ヘテロ原子の種類と数」とは、好ましくは、「窒素原子、硫黄原子および酸素原子のそれぞれの数」ということもできる。よって、ヘテロ原子に関して言えば、「窒素原子の数、硫黄原子の数および酸素原子の数のすべてが一致するもの」が同一の「クラス」に入ることになる。 "Types and numbers of heteroatoms" are, in detail, "types of heteroatoms and the number of heteroatoms for each type". A heteroatom is preferably a nitrogen atom, a sulfur atom, or an oxygen atom, so the "type and number of heteroatoms" preferably means "the number of nitrogen atoms, sulfur atoms, and oxygen atoms". can also Therefore, with respect to heteroatoms, "those having the same number of nitrogen atoms, sulfur atoms and oxygen atoms all matching" belong to the same "class".

(イ)次に、(ア)に記載した「ヘテロ原子の種類と数およびDBE値」で括られた各クラスにおいて、そのクラスに属する各分子が、どういうシングルコアであるのかを推定する。ここで、マルチコアであっても、それらのシングルコアに分割して、シングルコアはそれぞれどういう割合で存在するのかを推定する。 (b) Next, in each class bounded by the "kind and number of heteroatoms and DBE value" described in (a), each molecule belonging to that class is estimated to be a single core. Here, even if it is a multi-core, it is divided into those single cores, and the proportion of each single core is estimated.

これらの推定を行うにあたっては、実際の計算上の便宜から、いくつかの仮定を設けて行うのが好ましい。ここで、「マルチコア」は、どういうコアどうしが架橋して結合しているのかにより、いろいろな組み合わせがありうる。しかしながら、本モデルでは、マルチコアはそれを構成するシングルコアに分割して、シングルコアはそれぞれどういう割合で存在するのかを推定する。例えば、ダブルコア(シングルコア-架橋-シングルコア)が存在する場合、本モデルでは、シングルコアに分割して、すべてシングルコアとして存在するものとみなす。より具体的には、ダブルコア(シングルコア(4環)-架橋-シングルコア(5環))は総環数9のダブルコアであるが、シングルコア(4環)とシングルコア(5環)があるとみなす。 In performing these estimations, it is preferable to make some assumptions for practical calculation convenience. Here, "multi-core" can be combined in various ways depending on what kind of cores are crosslinked and bonded. However, in this model, the multi-core is divided into the single cores that constitute it, and the ratio of the single cores is estimated. For example, when there is a double core (single core-crosslinking-single core), this model divides it into single cores and considers them all to exist as single cores. More specifically, a double core (single-core (4-ring)-bridged-single-core (5-ring)) is a double-core with a total number of rings of 9, and there are single-core (4-ring) and single-core (5-ring). Consider.

(ウ)上記のように、FT-ICR-MSにて得られたピークの各々に帰属する分子について、ヘテロ原子の種類と数およびDBE値が同じものからなるクラスごとに括り直す。そして、そのクラスに属するシングルコアについて、ヘテロ原子の種類と数およびDBE値を指標とするにより、どういうコアをもって構成されるのかを推定する。 (c) As described above, the molecules belonging to each of the peaks obtained by FT-ICR-MS are reclassified into classes having the same type and number of heteroatoms and the same DBE value. Then, the type and number of heteroatoms and the DBE value of the single core belonging to that class are used as indexes to estimate what kind of core the single core is composed of.

(エ)次に、「そのクラスに属する各分子であるシングルコアは、それぞれどういう割合で存在するのか」を推定する。
各シングルコアの存在割合は、総環数に対する存在割合の和と仮定し、これを推定値とする。上述の通り、本発明の方法においては、シングルコア分子に関する構成成分情報、とりわけ、シングルコア分子の存在量、総環数、芳香族環数およびナフテン環数が、コーク生成量の推算のため指標となる。したがって、本発明の好ましい態様によれば、ステップ(1)において、原料油中の各シングルコア分子の構成成分情報として、原料油中のシングルコア分子の存在量を推定する。また、本発明のより好ましい態様によれば、ステップ(1)において、原料油の各構成成分を、総環数、芳香族環数およびナフテン環数を含む構造因子に基づいてランピングする。
(d) Next, estimate "in what ratio are the single cores, which are molecules belonging to that class, respectively?"
The existence ratio of each single core is assumed to be the sum of the existence ratios with respect to the total number of rings, and this is used as an estimated value. As described above, in the method of the present invention, constituent information about single-core molecules, in particular, the abundance of single-core molecules, the total number of rings, the number of aromatic rings, and the number of naphthenic rings are used as indicators for estimating the amount of coke produced. becomes. Therefore, according to a preferred embodiment of the present invention, in step (1), the amount of single-core molecules present in the feedstock oil is estimated as the component information of each single-core molecule in the feedstock oil. Also, according to a more preferred aspect of the present invention, in step (1), each component of the feedstock is ramped based on structural factors including the total number of rings, the number of aromatic rings and the number of naphthenic rings.

上記のステップS1~ステップS4により、多成分混合物を構成する各成分について、必要となる分子構造をJACDで特定し、またその存在割合を特定することができる。 Through the steps S1 to S4 described above, it is possible to specify the required molecular structure by JACD for each component constituting the multi-component mixture, and to specify the abundance ratio thereof.

なお、ステップS1~S4により、JACDを用いて特定された多成分混合物の各成分の分子構造から、各構成成分の物性値を取得してもよい。このような物性値は、コーク生成量に加えて、生成油の性状を予測するために使用することができる。これらの物性値は、上記のようにして特定された多成分混合物の各成分の分子構造について、全石油分子データベース(Comcat)を用いて特定することが好ましい。 In steps S1 to S4, the physical property values of each component may be obtained from the molecular structure of each component of the multi-component mixture specified using JACD. Such physical property values can be used to predict the properties of the produced oil in addition to the amount of coke produced. These physical property values are preferably specified for the molecular structure of each component of the multi-component mixture specified as described above using the complete petroleum molecule database (Comcat).

Comcatとは、JACDと各物性値とが紐付けられた「JACD-物性値データベース」のことである。該データベースへの登録分子数は、約2,500万件であり、石油に含まれる全成分は、すべてComcatに含まれる分子から構成されると仮定したモデル系解析において、利用可能である。 Comcat is a "JACD-physical property value database" in which JACD and each physical property value are linked. The number of registered molecules in this database is about 25 million, and it can be used in model system analysis assuming that all components contained in petroleum are composed of molecules contained in Comcat.

ステップ(2):総環数が4以上でありかつナフテン環数が2以上であるシングルコア分子および総環数が7以上でありかつナフテン環数が1以下であるシングルコア分子の構成成分情報に基づき、コーク生成量を算出するステップ
本発明の一実施態様によれば、総環数が4以上でありかつナフテン環数が2以上であるシングルコア分子および総環数が7以上でありかつナフテン環数が1以下であるシングルコア分子の存在割合または存在量を指標として、コーク生成量を算出する。上述のような特定のシングルコア分子の原料油中の存在割合または存在量は、コーク生成量と相関しうることから、高精度のコーク生成量の推算において有利に利用することができる。
Step (2): Constituent information of a single-core molecule having a total number of rings of 4 or more and a naphthene ring number of 2 or more and a single-core molecule having a total number of rings of 7 or more and a naphthene ring number of 1 or less According to one embodiment of the present invention, a single-core molecule having a total ring number of 4 or more and a naphthene ring number of 2 or more and a total ring number of 7 or more and The amount of coke produced is calculated using the ratio or amount of single-core molecules having one or less naphthenic rings as an index. The ratio or amount of specific single-core molecules in the raw material oil as described above can be correlated with the amount of coke produced, and thus can be advantageously used in estimating the amount of coke produced with high accuracy.

また、後述する実施例にも示される通り、総環数が7以上であるあるシングルコア分子は特にコークへの変換率が高いことから、コーク生成量の算出の指標とする上で好ましい。したがって、本発明の好ましい態様によれば、ステップ(2)において、総環数が4以上でありかつナフテン環数が2以上であるシングルコア分子および総環数が7以上でありかつナフテン環数が1以下であるシングルコア分子はいずれも、コークに変換されるものと推定する。 In addition, as shown in the examples described later, a single-core molecule having a total number of rings of 7 or more has a particularly high conversion rate to coke, and is therefore preferable as an index for calculating the amount of coke produced. Therefore, according to a preferred embodiment of the present invention, in step (2), a single-core molecule having a total number of rings of 4 or more and a naphthenic ring number of 2 or more and a single-core molecule having a total number of rings of 7 or more and a naphthenic ring number of 7 or more We assume that any single-core molecule for which is less than or equal to 1 is converted to coke.

原料油宙の上記シングルコア分子と、コーク生成量との相関関係は、原料油(種類、性質等)および流動接触分解装置類における反応条件(反応温度、触媒の種類、触媒/油比等)毎に、変動しうる。したがって、本発明の一実施態様によれば、ステップ(2)においては、コーク生成量を、原料油およびその反応条件毎に予め設定された回帰係数または相関曲線を用いて算出することが好ましい。 The correlation between the above single-core molecules in the raw material oil and the amount of coke produced depends on the raw material oil (type, property, etc.) and the reaction conditions (reaction temperature, catalyst type, catalyst/oil ratio, etc.) in fluid catalytic cracking equipment. can change from time to time. Therefore, according to one embodiment of the present invention, in step (2), it is preferable to calculate the amount of coke produced using a regression coefficient or a correlation curve preset for each feed oil and its reaction conditions.

本発明の一実施態様によれば、原料油は、軽質油または重質留分のいずれであってもよいが重質留分であることが好ましい。より具体的には、原料油は、脱硫常圧残油(DSAR)や脱硫減圧軽油(DSVGO)等の脱硫重質油等が挙げられるが、好ましくは脱硫常圧残油(DSAR)、脱硫減圧軽油(DSVGO)またはそれらの組合せである。 According to one embodiment of the present invention, the feedstock may be either light oil or heavy fraction, preferably heavy fraction. More specifically, the raw material oil includes desulfurized heavy oil such as desulfurized atmospheric residue (DSAR) and desulfurized vacuum gas oil (DSVGO), preferably desulfurized atmospheric residue (DSAR), desulfurized vacuum light oil (DSVGO) or a combination thereof.

本発明の一実施態様によれば、原料油における密度は、特に限定されないが、好ましくは0.8~1.0であり、より好ましくは0.85~0.97であり、より一層好ましくは0.88~0.95である。 According to one embodiment of the present invention, the density of the feedstock is not particularly limited, but is preferably 0.8 to 1.0, more preferably 0.85 to 0.97, and even more preferably 0.88 to 0.95.

本発明の一実施態様によれば、原料油における残留炭素分は、好ましくは0.1~6.0質量%であり、より好ましくは1.0~6.0質量%であり、より一層好ましくは2.0~6.0質量%である。 According to one embodiment of the present invention, the residual carbon content in the feedstock is preferably 0.1 to 6.0% by mass, more preferably 1.0 to 6.0% by mass, and even more preferably is 2.0 to 6.0% by mass.

本発明の一実施態様によれば、上記反応条件に関して規定される触媒の種類は、特に限定されず、バナジウム、ニッケル、亜鉛、鉄またはコバルト等が挙げられるがこれらに限定されない。流動接触分解反応の効率的な実施の観点からは、バナジウム、亜鉛、ニッケル、鉄またはコバルトを担持した触媒(特開2003-27065号公報等)、バナジウム金属をモレキュラーシーブの小孔内にカチオン種として導入したゼオライトを含有する触媒(特許第3545652号公報等)、さらには、バナジウム金属とともにランタン、セリウム等の希土類元素をモレキュラーシーブの小孔内に導入したゼオライトを含有する触媒(特許第3550065号公報等)等を用いてもよい。 According to one embodiment of the present invention, the type of catalyst defined for the above reaction conditions is not particularly limited and includes, but is not limited to, vanadium, nickel, zinc, iron or cobalt and the like. From the viewpoint of efficient fluid catalytic cracking reaction, vanadium, zinc, nickel, iron or cobalt-supported catalysts (JP-A-2003-27065, etc.), vanadium metal in the pores of the molecular sieve cationic species (Patent No. 3545652, etc.), and furthermore, a catalyst containing zeolite in which rare earth elements such as lanthanum and cerium are introduced into the pores of the molecular sieve together with vanadium metal (Patent No. 3550065 publications, etc.) may be used.

本発明の一実施態様によれば、流動接触分解装置類における触媒/油比は、特に限定されないが、流動接触分解反応の効率的な実施の観点からは、好ましくは4~9であり、より好ましくは4~8であり、より一層好ましくは5~7.5である。 According to one embodiment of the present invention, the catalyst/oil ratio in the fluid catalytic cracking apparatus is not particularly limited, but from the viewpoint of efficient implementation of the fluid catalytic cracking reaction, it is preferably 4 to 9, and more It is preferably 4 to 8, and even more preferably 5 to 7.5.

本発明の一実施態様によれば、流動接触分解装置類における反応温度は、特に限定されないが、流動接触分解反応の効率的な実施の観点からは、好ましくは480~560℃であり、より好ましくは500~550℃であり、より一層好ましくは520~540℃である。 According to one embodiment of the present invention, the reaction temperature in the fluid catalytic cracking apparatus is not particularly limited, but from the viewpoint of efficient implementation of the fluid catalytic cracking reaction, it is preferably 480 to 560 ° C., more preferably is 500-550°C, more preferably 520-540°C.

本発明の上記推算方法は、製油所の収益向上を図る観点から、流動接触分解装置類の運転条件の調整において利用することが可能である。したがって、好ましい態様によれば、本発明の上記方法により得られるコーク生成量の推算値に基づいて流動接触分解装置類の運転条件を設定する、流動接触分解装置類の運転方法が提供される。 The above estimation method of the present invention can be used in adjusting the operating conditions of fluid catalytic cracking units from the viewpoint of improving the profitability of refineries. Therefore, according to a preferred embodiment, there is provided a method for operating a fluid catalytic cracking unit, wherein the operating conditions of the fluid catalytic cracking unit are set based on the estimated coke production amount obtained by the above method of the present invention.

<流動接触分解装置類におけるコーク生成量の推算装置およびシステム>
次に、図3を参照して、本発明の流動接触分解装置類におけるコーク生成量の推算装置の一実施形態を説明する。図3は、流動接触分解装置類におけるコーク生成量の推算装置の機能ブロック図である。図3では、情報の入力および出力を行うインタフェースの図示を省略している。
<Equipment and system for estimating the amount of coke produced in fluidized catalytic cracking equipment>
Next, with reference to FIG. 3, one embodiment of the coke production amount estimating device in the fluidized catalytic cracking apparatus of the present invention will be described. FIG. 3 is a functional block diagram of a device for estimating the amount of coke produced in fluidized catalytic cracking equipment. In FIG. 3, illustration of an interface for inputting and outputting information is omitted.

図3において、流動接触分解装置類におけるコーク生成量の推算装置1は、
(1)フーリエ変換イオンサイクロトロン共鳴質量分析(FT-ICR MS)を用いた原料油分析の結果に基づいて、原料油中のシングルコア分子の構成成分情報を求める原料油分析部10、
(2)総環数が4以上でありかつナフテン環数が2以上であるシングルコア分子および総環数が7以上でありかつナフテン環数が1以下であるシングルコア分子の構成成分情報に基づき、前記コーク生成量を算出するコーク生成量算出部20
を備える。
In FIG. 3, the coke production amount estimation device 1 in fluid catalytic cracking equipment is
(1) A raw oil analysis unit 10 that obtains constituent information of single core molecules in the raw oil based on the results of raw oil analysis using Fourier transform ion cyclotron resonance mass spectrometry (FT-ICR MS),
(2) based on the constituent information of a single-core molecule having a total number of rings of 4 or more and a naphthene ring number of 2 or more and a single-core molecule having a total number of rings of 7 or more and a naphthene ring number of 1 or less; , a coke production amount calculator 20 for calculating the coke production amount
Prepare.

原料油分析部10は、イオン化部11と、構成成分情報分析部12とから構成することができる。イオン化部11は、APPI法、Ag-ESI法、LDI法、およびAg-LDI法等の種類を選択できるように単数または複数のイオン化装置を備えていてもよく、イオン化装置は、シリンジ、ネブライザー(Nebulizer)、ベイポライザー(Vaporizer)、ランプ(UVランプ等)を備え、キャピラリー等によりFT-ICR-MSの本体部分の質量分析計に接続していてもよい。 The raw oil analysis unit 10 can be composed of an ionization unit 11 and a component information analysis unit 12 . The ionization unit 11 may be equipped with one or more ionization devices so that types such as the APPI method, Ag-ESI method, LDI method, and Ag-LDI method can be selected. Nebulizer), vaporizer, lamp (UV lamp, etc.) may be provided, and may be connected to the mass spectrometer in the main body of the FT-ICR-MS via a capillary or the like.

また、構成成分情報分析部12は、FT-ICR-MSと、石油成分についての情報がデータベースとして格納された記憶部と、演算部とから構成することができ、FT-ICR-MSにより取得された各成分の情報と、記憶部に格納された情報とに基づき、演算部において各成分の各分組成情報分析することができる。演算部および記憶部には、例えば、本出願人による特開2014-218643号公報および特表2020-502495号公報に記載のデータベースおよびプログラム(JACD (ジャックディー)(Juxtaposed Attributes for Chemical-structure Description)等)が記憶され、コア分子、コア分子の側鎖および脂肪族分子の構造および存在量を含む原料油の構成成分情報の分析が実施される。 In addition, the component information analysis unit 12 can be composed of an FT-ICR-MS, a storage unit in which information about petroleum components is stored as a database, and a calculation unit. Based on the information of each component obtained and the information stored in the storage unit, the composition information of each component can be analyzed in the calculation unit. The computing unit and the storage unit include, for example, a database and a program (JACD (Juxtaposed Attributes for Chemical-structure Description) described in JP-A-2014-218643 and JP-A-2020-502495 by the present applicant). etc.) are stored and an analysis of the constituent information of the feedstock including the structure and abundance of the core molecule, the side chains of the core molecule and the aliphatic molecules is performed.

コーク生成量算出部20では、構成成分情報分析部12から取得される原料油の構成成分情報からコーク生成量を算出する。コーク生成量算出部2は、必要とされる情報がデータベースとして格納された記憶部と、上記情報に基づいてコーク生成量を算出する演算部とから構成されていてもよい。 The coke production amount calculation unit 20 calculates the coke production amount from the component information of the raw oil obtained from the component information analysis unit 12 . The coke production amount calculation unit 2 may be composed of a storage unit in which necessary information is stored as a database, and a calculation unit that calculates the coke production amount based on the above information.

本発明の一実施態様によれば、コーク生成量算出部20において総環数が4以上でありかつナフテン環数が2以上であるシングルコア分子および総環数が7以上でありかつナフテン環数が1以下であるシングルコア分子の存在割合または存在量を指標として、コーク生成量を算出する。また、好ましい態様によれば、本発明の好ましい態様によれば、コーク生成量算出部20において、総環数が4以上でありかつナフテン環数が2以上であるシングルコア分子および総環数が7以上でありかつナフテン環数が1以下であるシングルコア分子はいずれも、コークに変換されるものと推定する。 According to one embodiment of the present invention, a single-core molecule having a total number of rings of 4 or more and a naphthene ring number of 2 or more and a single-core molecule having a total number of rings of 7 or more and a naphthene ring number in the coke production amount calculation unit 20 is 1 or less, the amount of coke produced is calculated using the ratio or amount of single-core molecules present as an index. According to a preferred embodiment of the present invention, in the coke production amount calculator 20, a single-core molecule having a total ring number of 4 or more and a naphthene ring number of 2 or more and a total ring number of Any single-core molecule with 7 or more and 1 or less naphthenic rings is assumed to be converted to coke.

コーク生成量算出部20には、原料油およびその反応条件毎に、上記シングルコア分子と、コーク生成量に関す回帰係数ないし相関曲線を予め記録しておくことが好ましい。かかる回帰係数ないし相関曲線は、シングルコア分子の構成成分情報、原料油およびその反応条件に基づき、コーク生成量を算出する上で有利に利用することができる。 In the coke production amount calculator 20, it is preferable to record in advance the single core molecule and the regression coefficient or correlation curve relating to the coke production amount for each raw material oil and its reaction conditions. Such regression coefficients or correlation curves can be advantageously used in calculating the amount of coke produced based on the constituent information of the single core molecule, feed oil and reaction conditions.

上記装置は、複数のユニットが結合したシステムとして構成してもよい。したがって、本発明の別の態様によれば、流動接触分解装置類におけるコーク生成量の推算システムであって、
(1)フーリエ変換イオンサイクロトロン共鳴質量分析(FT-ICR MS)を用いる原料油分析の結果に基づいて、原料油中のシングルコア分子の構成成分情報を求める原料油分析部、および
(2)総環数が4以上でありかつナフテン環数が2以上であるシングルコア分子および総環数が7以上でありかつナフテン環数が1以下であるシングルコア分子の構成成分情報に基づき、コーク生成量を算出するコーク生成量算出部
を含むシステムが提供される。
The apparatus may be configured as a system in which multiple units are combined. Therefore, according to another aspect of the present invention, a system for estimating the amount of coke produced in fluid catalytic cracking units, comprising:
(1) a feedstock analysis unit that obtains information on the composition of single core molecules in the feedstock based on the results of feedstock analysis using Fourier transform ion cyclotron resonance mass spectrometry (FT-ICR MS); Amount of coke produced based on component information of a single-core molecule having 4 or more rings and 2 or more naphthenic rings and a single-core molecule having 7 or more total rings and 1 or less naphthenic rings A system is provided that includes a coke production amount calculator that calculates the

本発明において、コーク生成量を推算する一連の処理は、ハードウェアまたはソフトウェア、またはこれらを複合した構成によって実行することができる。ソフトウェアによる処理を実行する場合には、処理シーケンスを記録したプログラムを、専用のハードウェアに組み込まれたコンピュータ内のメモリにインストールして実行させるか、各種処理が実行可能な汎用コンピュータにプログラムをインストールして実行させることができる。 In the present invention, a series of processes for estimating the amount of coke produced can be executed by hardware, software, or a combination of these. When executing processing by software, install the program recording the processing sequence in the memory within the computer built into the dedicated hardware and execute it, or install the program in a general-purpose computer capable of executing various processing. can be executed by

例えば、プログラムは、記録媒体としてのハードディスクやROMに予め記録しておくことができる。また、プログラムは、フレキシブルディスク、CD-ROM、MOディスク、DVD、磁気ディスク、半導体メモリなどのリムーバブル記録媒体に、一時的または永続的に格納(記録)しておくことができる。 For example, the program can be recorded in advance on a hard disk or ROM as a recording medium. Also, the program can be temporarily or permanently stored (recorded) in removable recording media such as flexible disks, CD-ROMs, MO disks, DVDs, magnetic disks, and semiconductor memories.

なお、プログラムは、上述したようなリムーバブル記録媒体からコンピュータにインストールする他に、ダウンロードサイトから、コンピュータに無線転送したり、LAN、インターネットといったネットワークを介して、コンピュータに有線で転送したりでき、コンピュータでは、そのようにして転送されてくるプログラムを受信し、内蔵するハードディスクなどの記録媒体にインストールすることができる。 In addition to installing the program on the computer from the removable recording medium as described above, the program can also be wirelessly transferred from the download site to the computer, or wired to the computer via a network such as a LAN or the Internet. Then, you can receive the program transferred in this way and install it on a recording medium such as a built-in hard disk.

本発明の方法は、上記コンピュータプログラムを内部記憶装置に記憶したコンピュータで好適に実施することができる。 The method of the present invention can be preferably implemented by a computer storing the above computer program in an internal storage device.

また、本明細書に記載された各種の処理は、記載に従って時系列に実行されるだけではなく、処理を実行する装置の処理能力や必要に応じて並列的にまたは個別に実行されてもよい。また、本明細書において、システムとは、複数の装置の論理的集合構成であり、各構成の装置が同一筐体内にあるものに限定されるものではない。
本発明の実施形態を説明したが、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲で種々の変更実施が可能である。
In addition, the various processes described in this specification are not only executed in chronological order according to the description, but may also be executed in parallel or individually according to the processing capacity of the device that executes the process or as necessary. . Further, in this specification, a system is a logical collective configuration of a plurality of devices, and is not limited to one in which the devices of each configuration are in the same housing.
Although the embodiments of the present invention have been described, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope of the present invention.

以下、本発明を実施例により説明するが、本発明はこれら実施例に限定されない。 EXAMPLES The present invention will be described below with reference to Examples, but the present invention is not limited to these Examples.

試験例1:RFCC装置によるDSARの分解試験
(1)RFCC装置およびサンプルの準備
DSAR、DSVGO、それらの混合物を含む複数の原料油をRFCCベンチ装置にて処理し、得られた生成油を常圧蒸留条件下で分留し、原料油の組成との相関を解析した。原料油の一部を表2に示す。
Test Example 1: Decomposition test of DSAR by RFCC equipment (1) Preparation of RFCC equipment and samples A plurality of feedstock oils containing DSAR, DSVGO, and a mixture thereof were treated with an RFCC bench equipment, and the resulting product oil was treated at normal pressure. Fractionation was performed under distillation conditions, and the correlation with the feedstock composition was analyzed. Table 2 shows some of the feedstocks.

Figure 2022155376000005
Figure 2022155376000005

次に、図4の模式図に示されるRFCCベンチ装置(流動床式)を用いて、原料油の流動接触分解試験を実施した。 Next, using the RFCC bench apparatus (fluidized bed type) shown in the schematic diagram of FIG. 4, a fluidized catalytic cracking test of feed oil was carried out.

始めに、再生塔に所定量の触媒をセットし、続いて系内を窒素ガス、再生塔を空気で加圧状態にして触媒循環を確立させた。系内を所定の反応温度に、再生塔は触媒再生温度に昇温させた。目標温度に到達した後、所定量の原料油を噴霧した。触媒循環量が所定の触媒/油比(C/O)に安定した時点から生成油の回収を開始した。生成物はフラクショネーターで気液分離を行い、液成分はレシーバーより回収する。触媒は再生塔にて触媒再生を行いながら循環と反応を継続し、所定量の生成油液成分が回収できるまで試験を継続した。なお、触媒再生過程で生じる排出ガスは再生塔より排出される。 First, a predetermined amount of catalyst was set in the regeneration tower, then the system was pressurized with nitrogen gas and the regeneration tower was pressurized with air to establish catalyst circulation. The inside of the system was raised to a predetermined reaction temperature, and the temperature of the regeneration tower was raised to the catalyst regeneration temperature. After reaching the target temperature, a predetermined amount of feed oil was sprayed. The recovery of the produced oil was started when the catalyst circulation amount stabilized at a predetermined catalyst/oil ratio (C/O). The product is subjected to gas-liquid separation in a fractionator, and the liquid component is recovered from the receiver. The catalyst continued to circulate and react while regenerating the catalyst in the regeneration tower, and the test was continued until a predetermined amount of the produced oil-liquid component was recovered. Exhaust gas generated in the catalyst regeneration process is discharged from the regeneration tower.

試験は表3に示す反応条件を含む複数の反応条件で行い、コーク生成量を測定した。なお、コーク生成量は、再生塔から排出される排出ガス中の二酸化炭素を測定して、その結果より算出した。 The test was conducted under a plurality of reaction conditions including those shown in Table 3, and the amount of coke produced was measured. The amount of coke produced was calculated from the results of measuring carbon dioxide in the exhaust gas discharged from the regeneration tower.

Figure 2022155376000006
Figure 2022155376000006

また、原料油について、フーリエ変換イオンサイクロトロン共鳴質量分析装置(FT-ICR-MS)を用いて、成分の同定を行った。なお、FT‐ICR-MS測定では、親イオン(ParentIon)を観測するモードと娘イオン(DaugHTEr Ion)を観測するモードを併用し、JACDコードに変換した。 In addition, the components of the raw material oil were identified using a Fourier transform ion cyclotron resonance mass spectrometer (FT-ICR-MS). In the FT-ICR-MS measurement, both a mode for observing parent ions (ParentIon) and a mode for observing daughter ions (DaugHTEr Ion) were used and converted into JACD codes.

ここで、原料油中の化合物は、「コア構造」「架橋構造」「側鎖構造」「脂肪族」の4種の構造因子にラインピングされる。また、本モデルでは、コア構造はすべてシングルコアに分類した。例えば、ダブルコ分子ア(4環+架橋+5環の構造)は総環数9であるが、シングルコア分子(4環)とシングルコア分子(5環)があるとみなした。 Here, the compounds in the raw material oil are lined into four types of structural factors: "core structure", "crosslinked structure", "side chain structure" and "aliphatic". Also, in this model, all core structures are classified as single cores. For example, a double core molecule (4-ring + bridge + 5-ring structure) has a total of 9 rings, but is considered to have a single-core molecule (4-ring) and a single-core molecule (5-ring).

次に、反応条件(反応温度、触媒/油比等)、一般性状(残留炭素分、蒸留画分)の異なる複数の原料油毎に、構造因子(Core)とコーク生成量の相関を分析した。 Next, we analyzed the correlation between the structure factor (core) and the amount of coke produced for each of multiple feedstock oils with different reaction conditions (reaction temperature, catalyst/oil ratio, etc.) and general properties (residual carbon content, distillation fraction). .

分析の結果、原料油中の総環数4以上のシングルコア分子の量と、コーク生成量とが相関を示すことが確認された。結果の一部を図5に示す。図5において、横軸はコーク生成量の実測値(Coke量(実測),wt%)を示し、縦軸は原料油中のコア量と生成油中のコア量の差分(原料からのCore減少,wt%)を示す。 As a result of the analysis, it was confirmed that the amount of single-core molecules having a total number of rings of 4 or more in the feedstock showed a correlation with the amount of coke produced. Some of the results are shown in FIG. In FIG. 5, the horizontal axis shows the measured value of the amount of coke produced (Coke amount (actual measurement), wt%), and the vertical axis shows the difference between the amount of cores in the feed oil and the amount of cores in the produced oil (reduction of cores from the feedstock). , wt %).

図5においては、反応温度520℃、触媒/油比(C/O)=5の反応条件で処理した原料油(DSVGO、DSARおよびDSVGO+DSAR(=3+7))の場合、原料油中の総環数4以上のシングルコア分子(Core4環+)または総環数5以上のシングルコア分子(Core5環+)のコアの減少量と、コーク生成量との相関を示した。DSVGOでは、総環数4以上のシングルコア分子の減少分が、コークの生成量とバランスしていることがわかる。 In FIG. 5, in the case of feedstocks (DSVGO, DSAR and DSVGO+DSAR (=3+7)) treated under the reaction conditions of a reaction temperature of 520°C and a catalyst/oil ratio (C/O) of 5, the total number of rings in the feedstock is A correlation was shown between the amount of core reduction in a single-core molecule with 4 or more rings (Core 4-ring+) or a single-core molecule with a total number of rings of 5 or more (Core 5-ring+) and the amount of coke produced. It can be seen that in DSVGO, the amount of decrease in single-core molecules with a total number of rings of 4 or more is balanced with the amount of coke produced.

さらに、原料油における総環数およびナフテン環数と、コーク生成の有無との関係を解析したところ、表4に示される通りであった。
総環数が4以上でありかつナフテン環数が2以上であるシングルコア分子および総環数が7以上でありかつナフテン環数が1以下であるシングルコア分子の場合には全てコークを生成していた。
Furthermore, the relationship between the total number of rings and the number of naphthene rings in the raw material oil and the presence or absence of coke formation was analyzed, and the results were as shown in Table 4.
Single-core molecules having a total number of rings of 4 or more and a naphthenic ring number of 2 or more and single-core molecules having a total number of rings of 7 or more and a naphthenic ring number of 1 or less all produced coke. was

Figure 2022155376000007
Figure 2022155376000007

上記結果に基づき、反応条件(反応温度、触媒/油比等)、一般性状(残留炭素分、蒸留画分)、金属量(ニッケルなど)の異なる複数の原料油毎に、原料油における総環数が4以上でありかつナフテン環数が2以上であるシングルコア分子および総環数が7以上でありかつナフテン環数が1以下であるシングルコア分子の量に基づきコーク生成量を推算し、実測値と比較した。 Based on the above results, the total number of ring Estimate the amount of coke produced based on the amount of single-core molecules having a number of 4 or more and 2 or more naphthenic rings and single-core molecules having a total number of rings of 7 or more and 1 or less naphthenic rings, It was compared with the measured value.

反応温度520℃、触媒/油比(C/O)=5の反応条件で処理した原料油における結果を表5に示す。コーク生成量の推定値と、実測値とはほぼ一致していた。 Table 5 shows the results for the feedstock treated under the reaction conditions of a reaction temperature of 520°C and a catalyst/oil ratio (C/O) of 5. The estimated amount of coke produced and the measured value were almost in agreement.

Figure 2022155376000008
Figure 2022155376000008

以上の結果から、総環数が4以上でありかつナフテン環数が2以上であるシングルコア分子および総環数が7以上でありかつナフテン環数が1以下であるシングルコア分子の構成成分情報と、コーク生成量とは相関を示し、回帰直線を予め作成しておくことにより、原料油からのコーク生成量を推算することができることが確認された。 From the above results, constituent information of a single-core molecule having a total ring number of 4 or more and a naphthene ring number of 2 or more and a single-core molecule having a total ring number of 7 or more and a naphthene ring number of 1 or less and the amount of coke produced, and it was confirmed that the amount of coke produced from the feed oil can be estimated by preparing a regression line in advance.

本発明によれば、FT-ICR MSにより得られる原料油のシングルコア分子の構成成分情報を組合せて用いて、流動接触分解装置類におけるコーク生成量を高精度で推算することができる。流動接触分解装置類におけるコーク生成量を高精度に推算することは、石油精製設備の運転の安定性および運転効率を飛躍的に向上させることに寄与するものである。 According to the present invention, the amount of coke produced in a fluid catalytic cracking unit can be estimated with high accuracy by combining information on the constituent components of the single-core molecules of feedstock obtained by FT-ICR MS. Accurately estimating the amount of coke produced in fluidized catalytic cracking units contributes to dramatically improving the operational stability and operational efficiency of petroleum refining facilities.

1 流動接触分解装置類におけるコーク生成量の推算装置
10 原料油分析部
11 イオン化部
12 構成成分情報分析部
20 コーク生成量算出部
1 Coke production amount estimation device in fluid catalytic cracking equipment 10 Raw material oil analysis unit 11 Ionization unit 12 Component information analysis unit 20 Coke production amount calculation unit

Claims (17)

流動接触分解装置類におけるコーク生成量をコンピュータにより推算する方法であって、
(1)フーリエ変換イオンサイクロトロン共鳴質量分析(FT-ICR MS)を用いる原料油分析の結果に基づいて、原料油中のシングルコア分子の構成成分情報を求めるステップ、および
(2)総環数が4以上でありかつナフテン環数が2以上であるシングルコア分子および総環数が7以上でありかつナフテン環数が1以下であるシングルコア分子の構成成分情報に基づき、前記コーク生成量を算出するステップ
を含む、方法。
A method for estimating the amount of coke produced in a fluidized catalytic cracking unit by a computer,
(1) obtaining constituent information of single core molecules in the feedstock based on the results of feedstock analysis using Fourier transform ion cyclotron resonance mass spectrometry (FT-ICR MS); The amount of coke produced is calculated based on the component information of the single-core molecule having 4 or more and 2 or more naphthenic rings and the single-core molecule having 7 or more total rings and 1 or less naphthenic rings. a method comprising the step of
前記流動接触分解装置類が、流動接触分解(FCC)装置または残油流動接触分解(RFCC)装置である、請求項1に記載の方法。 2. The process of claim 1, wherein said fluid catalytic cracking units are fluid catalytic cracking (FCC) units or residual oil fluid catalytic cracking (RFCC) units. ステップ(1)における前記原料油中のシングルコア分子の構成成分情報が、原料油中の前記シングルコア分子の存在量または存在割合を含む、請求項1または2に記載の方法。 3. The method according to claim 1 or 2, wherein the constituent information of the single-core molecule in the feedstock in step (1) includes the abundance or abundance of the single-core molecule in the feedstock. ステップ(1)が、前記原料油中のシングルコア分子を、総環数、芳香族環数およびナフテン環数を含む構造因子に基づいてランピングすることを含む、請求項1~3のいずれか一項に記載の方法。 4. The method according to any one of claims 1 to 3, wherein step (1) comprises ramping the single core molecules in the feedstock based on structural factors including total ring number, aromatic ring number and naphthenic ring number. The method described in section. ステップ(2)が、前記コーク生成量を、原料油およびその反応条件毎に予め設定された回帰係数を用いて算出することを含む、請求項1~4のいずれか一項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 4, wherein step (2) includes calculating the amount of coke produced using a regression coefficient preset for each feed oil and its reaction conditions. ステップ(2)において、総環数が4以上でありかつナフテン環数が2以上であるシングルコア分子および総環数が7以上でありかつナフテン環数が1以下であるシングルコア分子が、コークに変換されるものと推定する、請求項1~5のいずれか一項に記載の方法。 In step (2), a single-core molecule having a total number of rings of 4 or more and a naphthene ring number of 2 or more and a single-core molecule having a total number of rings of 7 or more and a naphthene ring number of 1 or less are treated with coke A method according to any one of claims 1 to 5, presuming that it is converted to 前記原料油の密度が0.8~1.0である、請求項1~6のいずれか一項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 6, wherein the feedstock has a density of 0.8 to 1.0. 前記原料油における残留炭素分が0.1~6.0量%である、請求項1~7のいずれか一項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 7, wherein the residual carbon content in the feedstock is 0.1 to 6.0% by weight. 前記原料油は軽質留分または重質留分である、請求項1~8のいずれか一項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 8, wherein said feedstock is a light fraction or a heavy fraction. 流動接触分解装置類の反応温度が480~560℃である、請求項1~9のいずれか一項に記載の方法。 Process according to any one of the preceding claims, wherein the reaction temperature of the fluid catalytic cracking units is 480-560°C. 前記流動接触分解装置類における触媒/油比が4~9である、請求項1~10のいずれか一項に記載の方法。 A process according to any preceding claim, wherein the catalyst/oil ratio in the fluid catalytic cracking units is 4-9. 請求項1~11のいずれか一項に記載の方法により得られるコーク生成量の推算値に基づいて運転条件を設定する、流動接触分解装置類の運転方法。 A method for operating a fluid catalytic cracking unit, wherein operating conditions are set based on an estimated coke production amount obtained by the method according to any one of claims 1 to 11. 流動接触分解装置類におけるコーク生成量の推算装置であって、
(1)フーリエ変換イオンサイクロトロン共鳴質量分析(FT-ICR MS)を用いる原料油分析の結果に基づいて、原料油中のシングルコア分子の構成成分情報を求める原料油分析部、および
(2)総環数が4以上でありかつナフテン環数が2以上であるシングルコア分子および総環数が7以上でありかつナフテン環数が1以下であるシングルコア分子の構成成分情報に基づき、前記コーク生成量を算出するコーク生成量算出部
を含む、装置。
A device for estimating the amount of coke produced in a fluidized catalytic cracking unit,
(1) a feedstock analysis unit that obtains information on the composition of single core molecules in the feedstock based on the results of feedstock analysis using Fourier transform ion cyclotron resonance mass spectrometry (FT-ICR MS); Coke generation based on the component information of a single-core molecule having 4 or more rings and 2 or more naphthenic rings and a single-core molecule having 7 or more total rings and 1 or less naphthenic rings An apparatus comprising a coke production amount calculator for calculating an amount.
流動接触分解装置類におけるコーク生成量の推算システムであって、
(1)フーリエ変換イオンサイクロトロン共鳴質量分析(FT-ICR MS)を用いる原料油分析の結果に基づいて、原料油中のシングルコア分子の構成成分情報を求める原料油分析部、および
(2)総環数が4以上でありかつナフテン環数が2以上であるシングルコア分子および総環数が7以上でありかつナフテン環数が1以下であるシングルコア分子の構成成分情報に基づき、前記コーク生成量を算出するコーク生成量算出部
を含む、システム。
A system for estimating the amount of coke produced in fluid catalytic cracking equipment,
(1) a feedstock analysis unit that obtains information on the composition of single core molecules in the feedstock based on the results of feedstock analysis using Fourier transform ion cyclotron resonance mass spectrometry (FT-ICR MS); Coke generation based on the component information of a single-core molecule having 4 or more rings and 2 or more naphthenic rings and a single-core molecule having 7 or more total rings and 1 or less naphthenic rings A system including a coke production amount calculator for calculating the amount.
請求項1~11のいずれか一項に記載の方法、請求項13に記載の装置または請求項14に記載のシステムを実行させるためのコンピュータプログラム。 A computer program for carrying out the method according to any one of claims 1 to 11, the apparatus according to claim 13 or the system according to claim 14. 請求項15に記載のコンピュータプログラムを記録した記録媒体。 A recording medium recording the computer program according to claim 15 . 請求項15に記載のコンピュータプログラムを内部記憶装置に記憶したコンピュータ。 A computer storing the computer program according to claim 15 in an internal storage device.
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