JP2707140B2 - 炭化水素供給原料の接触熱分解法 - Google Patents

炭化水素供給原料の接触熱分解法

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、炭化水素供給原料を接触熱分解条件下で適
する触媒組成物と接触させることによる炭化水素供給原
料の接触熱分解法に関するものである。
〔従来の技術〕
接触熱分解は、産業上大規模に用いられる精製方法で
ある。この方法においては、重質炭化水素フラクション
をより軽質かつ粘性の低い生成物に変換する。変換もし
くは熱分解は、主として触媒の存在下に蒸気相で生ず
る。かくして、供給原料はたとえばガソリンまで変換さ
れる。供給原料の1部は、1分子当り4個もしくはそれ
以下の炭素原子よりなるガスに変換される。このガスは
部分的にオレフィン類および部分的に飽和炭化水素で構
成される。
熱分解反応に際し、コークスとして知られる或る種の
重質物質が触媒上に沈着する。これはその触媒活性を低
下させ、したがって再生が望まれる。再生はコークスを
焼却して達成され、かくして触媒活性が復帰する。した
がって、この方法では3つの工程が必要とされ、すなわ
ち炭化水素を軽質生成物に変換する熱分解工程と、触媒
上に吸着された炭化水素を除去するストリップ工程と、
触媒からコークスを焼却する再生工程とが区別される。
次いで、再生された触媒を熱分解工程に再使用する。
接触熱分解用の触媒として、非晶質マトリックスにお
けるゼオライトが極めて有効であると判明した。特に、
比較的大きい孔径(すなわち0.7nmより大きい孔径)を
有するゼオライトが極めて適している。ヨーロッパ特許
第0,131,986号から、大孔径を有するゼオライトIと0.7
nmより小さい孔径を有するゼオライトII(ZSM−5型ゼ
オライト)とからなる触媒組成物が知られている。同様
な触媒組成物はドイツ特許第2,149,218号からも知られ
ている。
上記したように、熱分解された供給原料の1部がガス
フラクションに変換される。このガラスフラクションの
1部は飽和され、かつ比較的低い個有値を有する。した
がって、殆ど飽和されてないガス化合物を形成させるよ
う、この方法および/または触媒を改変できれば有利で
あろう。驚くことに今回、飽和ガス成分の収率は触媒組
成物が脱水素化用金属もしくは金属成分を含有すれば低
下することが判明した。
〔発明の要点〕
したがって本発明は、少なくとも330℃の沸点を有す
る炭化水素および2〜5個の炭素原子を有する炭化水素
流からなる炭化水素供給原料を、0.7nmより大きい孔径
を有するゼオライトIと0.7nmより小さい孔径を有する
ゼオライトIIとからなり、さらに少なくとも1種の脱水
素化用金属もしくは金属成分を含む触媒組成物と、接触
熱分解条件下で接触させることを特徴とする炭化水素供
給原料の接触熱分解法を提供する。
本発明の驚異的性質は米国特許第4,100,218号により
示され、この米国特許はLPG(飽和C3-4炭化水素)およ
びガソリンをオレフィン系原料から0.7nm未満の孔径を
有するゼオライト触媒を用いて製造する方法を記載して
おり、この触媒は金属成分(たとえば脱水素化用の第8
族金属)を含有することができる。ゼオライトIIとして
上記したゼオライトはオレフィンから飽和ガス炭化水素
への変換を促進する活性を有することが知られているの
で、本発明によりオレフィン系ガス炭化水素が生成する
ことは驚異的である。
脱水素化用金属もしくは金属成分はゼオライト触媒組
成物上に存在する。脱水素化用金属(成分)は両ゼオラ
イト上に分配することができる。後者の場合、脱水素活
性は完成供給原料に対し作用する。脱水素化用金属(成
分)がゼオライトIIのみに存在すれば、脱水素活性はゼ
オライトIIの細孔中に入りうる分子に対してのみ作用す
る。基本的に、これは線状および/または比較的小さい
分子のみが金属の脱水素作用を受けることを意味する。
本発明の目的の1つは線状および/または比較的小さい
C6〜C8環式基を含む分子(たとえばナフテン類)を小分
子のオレフィンもしくは芳香族物質に変換することであ
るため、ゼオライトIIのみが脱水素化用金属を含むのが
好適である。
脱水素化用金属もしくは金属成分の量は広範囲に変化
することができる。工業上の慣例では少な過ぎる極めて
少量(すなわちppm範囲)で脱水素活性を示す。したが
って、脱水素化用金属(成分)の量は、好ましくは金属
として計算しゼオライトIIに対して0.5〜20重量%であ
る。
使用しうる脱水素化用金属は多くの金属から選択する
ことができる。適する金属は第2b族の金属(特に亜
鉛)、並びに第3a族の金属(特にガリウム)を包含す
る。しかしながら、第8族および/または第6b族の金属
もしくは金属成分を選択するのが好適である。より好ま
しくは、金属は白金、パラジウム、ニッケル、コバル
ト、モリブデン、タングステンおよびその混合物よりな
る群から選択される。貴金属の1種(たとえば白金もし
くはパラジウム)を使用する場合、第8族金属は好まし
くは金属型で存在させる。非貴金属(たとえばニッケル
および/またはコバルトおよび/またはモリブデンおよ
び/またはタングステン)を用いる場合、脱水素化用金
属は好ましくはその酸化型、硫化型もしくは金属型で使
用される。
ゼオライトIおよびIIの合計に対するゼオライトIの
重量%は変化することができる。好適には、この比率は
0.1〜30重量%であり、より好ましくはゼオライトIとI
Iとの合計に対するゼオライトIの重量%は1〜10重量
%の範囲である。
本発明の方法に使用する触媒組成物は2種のゼオライ
トからなっている。本発明の1具体例において、触媒組
成物は少なくとも2種の熱分解用成分の物理的混合物を
含み、一方の成分はゼオライトIからなりかつ他方の成
分はゼオライトIIからなっている。この具体例におい
て、組成物は両ゼオライトの一方のみを含有する触媒粒
子の混合物からなっている。触媒粒子はさらにたとえば
耐火性酸化物(たとえばシリカ、アルミナ、シリカ−ア
ルミナ、マグネシア、トリア、チタニアおよびジルコニ
ア)のようなマトリックス材料をも含みうることが当業
者には明らかであろう。好適である本発明の他の具体例
において、触媒組成物は多孔質マトリックス材料におけ
るゼオライトIとIIとの緊密混合物からなっている。こ
れは、触媒粒子が両ゼオライトを含有することを意味す
る。
ゼオライトIは0.7nmより大きい孔径を有する。適す
るゼオライトIの孔径は1.2nm程度の大きさとすること
ができる。適するゼオライトIはフォージャサイト型ゼ
オライトおよびゼオライトLを包含する。ゼオライトX
およびYを包含するフォージャサイト型ゼオライトが好
適である。特にゼオライトYが好適である。ゼオライト
はその酸性型(すなわちゼオライトが殆どアルカリ金属
イオンを含有しない形態)とすることができる。さら
に、ゼオライトには上記の脱水素化用金属を充填するこ
ともできる。好ましくは、ゼオライトIは稀土類金属を
含む。これら金属は、任意慣用の方法でゼオライト上に
混入することができる。特にイオン交換が極めて適する
方法である。
ゼオライトIIは0.7nmより小さい孔径を有する。孔径
は0.4nm程度に小さくすることができる。適するゼオラ
イトIIは結晶シリカ(シリカライト)、シリコアルミノ
ホスフェート(SAPO)、クロモシリケート、珪酸ガリウ
ム、珪酸鉄、燐酸アルミニウム(ALPO)、チタンアルミ
ノシリケート(TASO)、珪酸硼素、チタンアルミノホス
フェート(TAPO)およびアルミノ珪酸鉄を包含する。本
発明の方法を使用することができかつ0.4〜0.7nmの孔径
を有するゼオライトIIの例はSAPO−4およびSAPO−11
(これらは米国特許第4,440,871号公報に記載されてい
る)、ALPO−11(これは米国特許第4,310,440号公報に
記載されている)、TAPO−11(これは米国特許第4,500,
651号公報に記載されている)、TASO−45(これはヨー
ロッパ特許第229,295号公報に記載されている)、珪酸
硼素(これはたとえば米国特許第4,254,297号公報に記
載されている)、エリオナイトのような珪酸アルミニウ
ム、フェリエライト、ΘおよびZSM−型ゼオライト、た
とえばZSM−5、ZSM−11、ZSM−12、ZSM−35、ZSM−23
およびZSM−38を包含する。好ましくは、ゼオライトはZ
SM−5構造を有する結晶金属シリケート、フェリエライ
ト、エリオナイトおよびその混合物よりなる群から選択
される。ZSM−5構造を有する結晶金属シリケートの適
する例はアルミニウム、ガリウム、鉄、スカンジウム、
ロジウムおよび/またはクロムの珪酸塩であって、たと
えば英国特許第2,110,559号公報に記載されている。こ
れらシリケートの孔径は0.5〜0.6nmの範囲である。
ゼオライトIIは、好ましくはその酸性型で存在しな
い。これは、脱水素化用金属(成分)が潜在的な酸性部
位を占めることにより達成される。さらに、ゼオライト
IIはそのアルカリ金属型で存在させることもできる。ゼ
オライトII上に多数の酸性部位が存在するのを避けるこ
とにより、比較的小分子の過度の熱分解の危険が減少す
る。
本発明の方法に使用する触媒組成物の製造は任意慣用
の方法、たとえばイオン交換(共)沈澱、含浸、(同
時)混練などで行なうことができる。適する方法は、脱
水素化用金属成分を含有するゼオライトIIを1種もしく
はそれ以上の慣用方法によって作成し、かつこの充填さ
れたゼオライトをマトリックス材料およびゼオライトII
と共に触媒粒子中に混入することである。
本発明の方法は触媒熱分解条件下で行なわれる。これ
は、本発明が添加水素の不存在下に有利に行なわれるこ
とを意味する。好ましくは、この方法は上方向もしくは
下方向に移動する触媒床で行なわれる。好適には、この
方法は慣用のテルモフォア接触熱分解(TCC)または流
動化接触熱分解(FCC)法で行なわれる。工程条件は好
ましくは400〜650℃、特に450〜600℃の温度、1〜10バ
ール、特に1〜7.5バールの圧力、1〜250kg/kg/h、特
に5〜150kg/kg/hの重量空時速度および1〜25、特に1.
5〜20の触媒組成物/供給原料の重量比である。
本発明の方法に使用しうる供給原料は慣用の接触熱分
解供給原料、たとえば(減圧)ガス油、脱アスファルト
残油および長残油もしくは短残油を包含する。慣用の供
給原料は少なくとも330℃の沸点を有する炭化水素を含
む。本発明の利点は、供給原料中に2〜5個の炭素原子
を有する炭化水素をさらに含みうる点にある。これらの
小分子は脱水素化されて、貴重なオレフィンを生成す
る。したがって本発明の方法は、少なくとも330℃の沸
点を有する炭化水素と2〜5個の炭素原子を有する炭化
水素とからなる炭化水素供給原料につき行なわれる。供
給原料はガス状(C2-5)炭化水素とナフサとケロシンと
ガス油と減圧蒸留物と減圧残油フラクションとの混合物
で構成することができる。供給原料は上記したような慣
用の接触熱分解供給原料とC2-5炭化水素のガス流との混
合物で構成される。供給原料における2〜5個の炭素原
子を有する炭化水素の量は、少なくとも330℃の沸点を
有する炭化水素と2〜5個の炭素原子を有する炭化水素
との合計重量に対し好ましくは1〜20重量%である。
分子中に2〜5個の炭素原子を有する炭化水素は、各
種の原料から得ることができる。適する原料は直留LP
G、水添処理および/または水添熱分解法からのガス生
成物、アルキル化工程もしくは接触脱ロウ工程からの廃
棄流などを包含する。2〜5個の炭素原子を有する炭化
水素は好ましくはLPGフラクション、すなわちプロパン
および/またはブタンを含む。
好ましくは、分子中に2〜5個の炭素原子を有する炭
化水素は少なくとも部分的に本方法で得られた循環流に
由来する。本発明の方法ではオレフィンが生成するが、
飽和化合物の量は変化しない。未変換炭化水素を分離し
た後、これらを便利には本発明の方法に循環する。

Claims (19)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】少なくとも330℃の沸点を有する炭化水素
    および2〜5個の炭素原子を有する炭化水素流からなる
    炭化水素供給原料を、0.7nmより大きい孔径を有するゼ
    オライトIと0.7nmより小さい孔径を有するゼオライトI
    Iとからなり、さらに少なくとも1種の脱水素化用金属
    もしくは金属成分を含む触媒組成物と、接触熱分解条件
    下で接触させることを特徴とする炭化水素供給原料の接
    触熱分解法。
  2. 【請求項2】供給物における2〜5個の炭素原子を有す
    る炭化水素の量が、少なくとも330℃の沸点を有する炭
    化水素と2〜5個の炭素原子を有する炭化水素との重量
    に対し1〜20重量%である請求項1記載の方法。
  3. 【請求項3】分子中に2〜5個の炭素原子を有する炭化
    水素が、この方法で得られた循環流に少なくとも部分的
    に由来するものである請求項1または2記載の方法。
  4. 【請求項4】2〜5個の炭素原子を有する炭化水素がLP
    Gフラクションを含む請求項1〜3のいずれか一項に記
    載の方法。
  5. 【請求項5】ゼオライトIIのみが脱水素化用金属もしく
    は金属成分からなる請求項1〜4のいずれか一項に記載
    の方法。
  6. 【請求項6】触媒組成物における脱水素化用金属もしく
    は金属成分の量がゼオライトIIに対し0.5〜20重量%で
    ある請求項1〜5のいずれか一項に記載の方法。
  7. 【請求項7】脱水素化用金属が第6b族および/または第
    8族の金属から選択されてなる請求項1〜6のいずれか
    一項に記載の方法。
  8. 【請求項8】金属が白金、パラジウム、ニッケル、コバ
    ルト、鉄、タングステン、モリブデンおよびその混合物
    よりなる群から選択されてなる請求項7記載の方法。
  9. 【請求項9】触媒組成物におけるゼオライトIとIIとの
    合計に対しゼオライトIの重量%が0.1〜30重量%の範
    囲である請求項1〜8のいずれか一項に記載の方法。
  10. 【請求項10】触媒組成物が、ゼオライトIを含有する
    触媒粒子とゼオライトIIを含有する触媒粒子との物理的
    混合物を含む請求項1〜9のいずれか一項に記載の方
    法。
  11. 【請求項11】触媒組成物が、ゼオライトIとIIとの多
    孔質マトリックスにおける緊密混合物からなる請求項1
    〜10のいずれか一項に記載の方法。
  12. 【請求項12】触媒組成物におけるゼオライトIがフォ
    ージャサイト型ゼオライトを含む請求項1〜11のいずれ
    か一項に記載の方法。
  13. 【請求項13】フォージャサイトがゼオライトYである
    請求項12記載の方法。
  14. 【請求項14】フォージャサイトが稀土類金属を含有す
    る請求項12または13記載の方法。
  15. 【請求項15】ゼオライトIIをZSM−5構造を有する結
    晶金属シリケート、フェリエライト、エリオナイトおよ
    びその混合物から選択する請求項1〜14のいずれか一項
    に記載の方法。
  16. 【請求項16】ゼオライトIIが実質的にそのアルカリ金
    属型である請求項1〜14のいずれか一項に記載の方法。
  17. 【請求項17】水素の添加なしに行なう請求項1〜16の
    いずれか一項に記載の方法。
  18. 【請求項18】上方向もしくは下方向に移動する触媒床
    で行なう請求項1〜17のいずれか一項に記載の方法。
  19. 【請求項19】400〜650℃の温度、1〜10バールの圧
    力、1〜250kg/kg/hの空間速度かつ1〜25の触媒組成物
    /供給原料の重量比にて行なう請求項1〜18のいずれか
    一項に記載の方法。
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