JP4261552B2 - 中間留出物の生産方法 - Google Patents
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Description
FT炭化水素合成方法のワックス様生産物、特に、コバルト及び/又は鉄ベース触媒方法の生産物は、高い割合のノルマルパラフィンを含む。第一FT生産物は、周知のごとく寒冷流動特性が乏しく、寒冷流動特性が重要な場合、そのような生成物を、例えば、潤滑油ベースやジェット燃料に使用することを困難にしている。中間留出物、例えばジェット燃料の寒冷流動特性が、適当な沸点範囲での留出物のパラフィンの分枝の増加によって、並びに重質成分を水素化分解及び水素化異性することによって改善され得ることは、当該技術で公知である。しかしながら、水素化分解は、少量のガス及び軽質生成物を生産し、これらが価値ある留出物の収率を減少する。良好な寒冷特性及び高いセタン価を有するFTワックスから得られる中間留出物を最大にするための方法にインセンティブが残っている。
本発明の中間留出物は、合成ガス(syngas)からFT反応のような反応を経て得られる高パラフィンの合成原油(syncrude)から生産される。このFT第一生成物は、メタンから分子量約1400の化学種までの炭化水素の広い範囲をカバーし、主に、パラフィン系炭化水素及び非常に少量の他の化学種、例えばオレフィン及び酸素化物を含む。
従来技術US 5,378,348は、フィッシャー−トロプシュ反応器からの生成物を水素化処理及び異性化することにより、燃料のイソパラフィン性によって凝固点−34℃以下のジェット燃料を得ることができる。生産物の分枝性がワックス様パラフィン供給(feed)と比べて向上すると、ノルマル(直鎖)パラフィンよりもセタン価(燃焼)が低くなる、つまり、分枝の増加は、パラフィン系炭化水素燃料のセタン価を減少することを示している。
更に、WO 97/14769は、優れた潤滑性、酸化安定性及び高セタン価を有する、非シフトフィッシャー−トロプシュ方法から生成され、かつ、>95質量%で、イソ対ノルマル比が0.3〜3.0であるパラフィンを有するディーゼル燃料を開示する。これは、寒冷流動特性又はセタン価に対する分枝の効果に関しては言及されていない。
更に、WO 98/34998は、添加組成物の製造方法、特に、フィッシャー−トロプシュ反応を経由して、セタン価又は中間留出物ディーゼル燃料の潤滑性を改善するために有用である。この添加物は、フィッシャー−トロプシュ反応の生産物を低沸騰371℃画分と高沸騰画分とに分別し、高沸騰画分を低沸騰画分に水素化異性し、低沸騰画分と水素化異性した高沸騰画分を混合して、>50質量%がイソパラフィンの>90質量%のC16〜C20パラフィンを有する添加物を生じることによって調製される。この開示は、良好な寒冷流動特性及び高いセタン価を有するディーゼル燃料を生成し得ることを開示せず、添加物のみを開示し、及び、この開示は、ディーゼル沸騰範囲からより軽い物質に物質をロスするようになり、及び分枝の異性体を形成するようになる高沸騰画分の水素化異性を要求し、これは、n−パラフィンに相当するより低いセタンの評価になる。この開示は、さらに、寒冷流動特性の問題、同時にセタン価の問題に向けられていない。
従って、本発明の第一態様により、高いセタン価並びに良好な寒冷流動特性を有する中間留出物又は留出物ブレンド、例えばディーゼルの生産方法が提供される。
この合成中間留出物留分は、50%より多く、主にメチル及び/又はエチル及び/又はプロピルで分枝されたイソパラフィンを有してもよい。
合成中間留出物留分は、50質量%より多いC16より軽いパラフィンを含んでもよい。
合成中間留出物留分のイソパラフィン対n-パラフィンの質量比プロフィールの傾きは、C8に対する約1:1からC15に対する8.54:1に増加し、及びC18に対する約3:1に再び減少してもよい。典型的に、C10〜C18の炭素数範囲における合成中間留出物留分の画分は、合成中間留出物留分のC8〜C9画分より高いイソパラフィン対n-パラフィン比を有する。C10〜C18画分のイソパラフィン対n-パラフィン質量比は、1:1〜9:1であってもよい。イソパラフィン対n-パラフィンの質量比は、合成中間留出物留分のC15画分に対し、8.54:1であってもよい。中間留出物留分のC19〜C24画分は、イソパラフィン対n-パラフィンが狭い質量比範囲、3.3:1〜5:1、一般的には4:1〜4.9:1であってもよい。イソパラフィン対n-パラフィンの質量比は、合成中間留出物留分の水素化分解物対直留成分の混合比を制御して調整されてもよい。したがって、30%の直留成分を有するC10〜C18画分のイソパラフィン対n-パラフィンの質量比は、1:1〜2.5:1であってもよい。20%の直留成分を有するC10〜C18画分のイソパラフィン対n-パラフィンの質量比は、1.5:1〜3.5:1であってもよい。10%の直留成分を有するC10〜C18画分のイソパラフィン対n-パラフィンの質量比は、2.3:1〜4.3:1であってもよい。実質的に水素化分解された成分だけを有するC10〜C18画分のイソパラフィン対n-パラフィンの質量比は、4:1〜9:1であってもよい。少なくとも、中間留出物留分の一定のイソパラフィンは、メチル分枝であってもよい。典型的に、少なくとも一定のイソパラフィンは、ジメチル分枝であってもよい。イソパラフィンの少なくとも30%(質量)は、モノメチル分枝である。しかしながら、一定のイソパラフィンは、エチル分枝されていてもよい。
このディーゼル燃料組成物は、添加剤を0〜10%含んでもよい。この添加剤は、潤滑性向上剤を含んでもよい。この潤滑性向上剤は、本組成物に対して0〜0.5%、典型的に本組成物に対して0.00001%〜0.05%含んでもよい。ある態様において、この潤滑性向上剤は、本組成物に対して0.008%〜0.02%含む。
このディーゼル燃料組成物は、他のディーゼル燃料として、原油由来ディーゼル、例えば、US2-Dグレード(ASTM D 975-94で規格されるようなディーゼル燃料用低硫黄No.2-Dグレード)および/またはCARB(カリフォルニア航空資源委員会(California Air Resources Board) 1993規格)ディーゼル燃料を含んでもよい。
(a) 合成ガスからFT合成反応を経由して得られる生成物を、1種以上の重質画分及び1種以上の軽質画分に分離する工程;
(b) 主に中間留出物を生ずる条件下で、前記重質画分を触媒的に処理する工程;(c) 工程(b)の中間留出物生成物を、工程(b)で生成した軽生成物画分及び重生成物画分から分離する工程;及び
(d) 工程(c)で得られた中間留出物留分と、工程(a)の1種以上の軽質画分又はその生成物の少なくとも一部を混合する工程。
工程(b)の触媒処理は、水素化処理工程、例えば水素化分解であってもよい。合成中間留出物を生産するための方法は、工程(d)の前に、1種以上の工程(a)の軽質画分又はその生成物の少なくともいくつかを分別する1種以上の付加的な工程を含んでもよい。合成中間留出物を生産するための方法は、工程(d)の前に、1種以上の工程(a)の軽質画分又はその生成物の少なくともいくつかを水素処理する付加的な工程を含んでもよい。1種以上の工程(a)の重質画分は、約270℃より高い沸点を有してもよく、300℃より高くてもよい。1種以上の軽質画分は、C5から重質画分の沸点までの範囲の沸点を有してもよく、典型的に160℃〜270℃の範囲である。工程(d)の生成物は、100℃〜400℃の範囲で沸騰してもよい。工程(d)の生成物は、160℃〜370℃の範囲で沸騰してもよい。工程(d)の生成物は、ディーゼル燃料であってもよい。工程(d)の生成物は、−20℃より低い、典型的には、−30℃、さらに−35℃より低いCFPPを有していてもよい。
工程(d)の生成物は、工程(c)で得られた中間留出物画分と、1種以上の工程(a)の軽質画分又はその生成物の少なくとも一部とを、体積比で1:1〜9:1、典型的に、2:1〜6:1で、及び1態様として体積比84:16で混合することによって得られてもよい。
この方法において、FT方法からのワックス生産物は、少なくとも2つの画分、重質及び少なくとも1種の軽質画分に分離される。軽質成分を穏やかな触媒水素化にかけて、ヘテロ原子化合物、例えば、酸素を除去し、オレフィンを飽和し、それによって、ナフサ、溶媒、ディーゼル及び/又はこれらのための混合成分として有用な物質を生産する。重質画分は、最初に水素処理することなく触媒的に水素化処理して良好な寒冷流動特性を有する生産物を生産してもよい。この水素化処理した重質画分は、水素化及び/又は非水素化した軽質画分の全部又は一部と混合して、分別の後、ナフサ及び高いセタン価によって特徴づけられるディーゼル燃料を得る。水素化処理工程に好適な触媒は、市場で入手でき、及び所望の最終生成物の改善された質に選択される。
FT法は、石炭、天然ガス、バイオマス又は重油流に由来する合成ガスを、メタンから1400より大きい分子量を有する化学種までにわたる炭化水素に転換するために産業的に使用される。主な生成物が、直鎖パラフィン系物質であるのに対し、他の種、例えば、分枝パラフィン、オレフィン及び酸素化された成分は、生成物スレートの一部を形成する。まさにその生成物スレートは、反応器の配置、操作条件及び使用される触媒に依存し、これは、例えば、Catal.Rev.-Sci. Eng., 23(1&2), 265〜278頁 (1981年)から明らかである。
より重い炭化水素の生産に好ましい反応器は、スラリー床又は管状固定床タイプである。ここで、典型的な操作条件は、160〜280℃、いくらかの場合、210〜260℃、及び1.8〜5.0Pa(18〜50 Bar)、及びいくらかの場合2.0〜3.0Pa(20〜30 Bar)である。
触媒において好ましい活性金属は、鉄、ルテニウム又はコバルトである。各触媒がそれ自身の固有の生成物スレートを与える一方、すべての場合において、この生成物スレートは、有用な生成物にさらに改良を加えられる必要がある、いくらかワックス様で高度にパラフィン系の物質を含む。FT生成物は、最終生産物、例えば中間留出物、ガソリン、溶媒、潤滑油基剤等の範囲に転換されてもよい。
通常、水素化分解、水素化処理及び蒸留のような方法の範囲からなるこのような転換は、FTワークアップ法と呼ばれている。
以下の表は、±10%精度内で、2つの画分の典型的な組成物を与える。
表1−2つの画分へ分離後の典型的なフィッシャー-トロプシュ生成物(体積%)
>270℃画分は(ワックスと称する)、かなりの量の炭化水素物質を含み、これは、標準ディーゼルの範囲より高く沸騰する。ディーゼルの沸点範囲が、160〜370℃と考えられると、約370℃より重いすべての物質は、しばしば水素化処理、例えば水素化分解と称する触媒方法によってより軽い物質に転換される必要があることを意味する。この工程のための触媒は、二機能性のタイプである;すなわち、この触媒は、クラッキング及び水素化のための活性部位を含む。水素化に活性な触媒金属は、VIII族貴金属、例えば白金又はパラジウム、又は硫化VIII族ベース金属、例えばニッケル、コバルトを含み、硫化VI族金属、例えばモリブデンを含む又は含まないものである。この金属に対する支持体は、あらゆる難溶性酸化物、例えば、シリカ、アルミナ、チタニア、ジルコニア、バナジア、及び他のIII、IV、VA及びVI族の酸化物それ自身、又は他の難溶性酸化物との組み合わせであり得る。これとは別に、この支持体は、部分的に又は全体としてゼオライトからなるものであってもよい。しかしながら、本発明で好ましい支持体は、アモルファスシリカアルミナである。
表2:- 典型的水素化分解プロセス条件
これにも関わらず、水素化分解方法の間、転換されない一部をリサイクルすることによって供給ストックにおける全ての>370℃の物質を転換することができる。
表3は、水素処理法に対する典型的操作条件を記載する。
水素化処理された画分が、溶媒として有用なパラフィン系物質に分別されてもよい一方、出願人は、今回、水素化処理された画分を、水素化分解ワックスから得られる生成物と直接混合してもよいことを見出した。凝縮物流に含まれる物質を水素化異性し得るにもかかわらず、出願人は、これにより、より軽い物質に対するディーゼル沸点範囲の物質が、わずかではあるがかなり喪失することを見いだした。さらに、異性化により分枝異性体を形成し、セタン価を、対応するノルマルパラフィンのセタン価よりも低くすることを見いだした。
FTワークアップ法に重要なパラメーターは、生産物の収率、生産物の質及びコストの最大化である。提唱された方法スキームが単純で、コスト効率的であるときは、>70のセタン価、及び良好な収率のナフサを有する高性能ディーゼルを提供する。実際、本発明の方法は、これまでのディーゼルない質を提供でき、これは、高いセタン価と優れた寒冷流動特性の固有の組み合わせによって特徴づけられる。これは、ディーゼルの160〜270℃画分における低い程度の異性化と、これとは反対に、ディーゼルの270〜370℃画分における高い程度の異性化に関連すると考えられる。
ディーゼル(160〜270℃画分)の軽沸点範囲及びディーゼル(270℃〜370℃)のより重い範囲における異性体の総量を、以下の表4に示す。
軽質沸点範囲においてノルマルパラフィンのパーセンテージが比較的高いことは、寒冷流動特性に影響することなく、ディーゼル燃料の高いセタン価に寄与する。一方、ディーゼルの重い範囲において、分枝は、最も重要なもので、これは、この範囲の直鎖炭化水素は、冷却流動特性が非常に乏しく、場合によっては、結晶化までするからである。従って、この範囲におけるイソパラフィンの量は、ここで記載したプロセス条件下で水素化処理している間、最大にされる。
前記燃料の固有の特性を導くのは、まさにこの合成燃料のこの固有の組成物であり、これは、本発明のFTワークアップ方法を作用する方法によって直接生ずる。
図1の記載されているFTワークアップ方法は、多くの配列で結ばれてもよい。
出願人は、これらを、プロセス合成最適化(Process Synthesis Optimisation)として知られた技術の使用と考えている。
しかしながら、FT第一生成物のワークアップのための特異的なプロセス条件、表5で概説される可能性あるプロセス配列は、広く面倒な実験及び設計の後に得られた。
数字:図1の記号
FT:フィッシャー-トロプシュ
基本的プロセスは、添付の図1において概説される。合成ガス(syngas)、つまり水素及び一酸化炭素の混合物は、FT反応器1に入り、ここで合成ガスを炭化水素に、FT法によって転換する。
より軽いFT画分は、ライン7で回収され、及び精留塔2及び水素処理装置3を通過又は通過しない。水素処理装置からの生成物9は、精留塔4において分離されてもよく、又はその代わりに、水素化分解装置生成物16と混合されてもよく、及び一般的な精留塔6に送られてもよい。ワックス様のFT画分は、ライン13で回収され、水素化分解装置5に送られる。分画2を考慮する場合、底部留分12は、さらに水素化分解装置5に送られる。生成物16を、そのまま、あるいは軽質画分9aと混合して、精留塔6で分離する。方法スキームに従い、軽質生成物画分、つまりナフサ19は、精留塔6から、又は同等の画分10及び17を混合することによって得られる。これは、ナフサとして有用なC5〜160℃画分である。
いくぶんより重い留分、すなわち合成ディーゼル20は、精留塔6から又は同等の画分11及び18を混合する同様の方法によって得られ得る。この留分は、ディーゼルで有用な160〜370℃画分として回収される。精留塔6からの重い未転換物質21は、消滅のために水素化分解装置5にリサイクルされる。これとは別に、残渣は合成潤滑油基剤の生産のために使用されてもよい。少量のC1〜C4ガスは、さらに精留塔6において分離される。
以下の実施例において、本発明を更に説明する。
市場で入手できる水素化分解触媒を、非水素処理FT炭化水素画分の水素化分解に約280℃の初期沸点で使用する。触媒上の活性金属は、コバルト及びモリブデンを含み、支持体は、アモルファスシリカ−アルミナである。操作条件は、温度375〜385℃、圧力7.0Pa(70bar)及び水素流量1500m3 n/m3供給であった。実験は、パイロットプラントで行われた。>370℃物質の軽質物質への転換は、65〜80%の範囲にある。ディーゼル成分Aは、反応器生成物の分画後に得られる。このディーゼル成分の特性を、表1に示す。
約285℃の最終沸点及び約4.3質量%のアルコール含量を有する非水素処理FT炭化水素画分は、n-ヘキサノールとして表現され、市場で入手できる触媒を使用して厳格に水素処理された。触媒上の活性金属は、モリブデン及びコバルトを含み、支持体は、アルミナである。操作条件は、温度約250℃、圧力6.8Pa(68bar)及び水素流量1070m3 n/m3供給であった。実験は、商業スケールの固定床反応器で行われた。ディーゼル成分B及びCは、それぞれ反応器供給及び反応器生成物の分画後に得られる。これらのディーゼル成分の特性を、表6に示す。
表6:ディーゼル混合成分
重質FT物質(成分A)を水素化分解して得られるディーゼル画分を、水素化した軽質FT物質(成分B)と、体積比84:16で混合した。最終ブレンドの特性を、ブレンドIとして、表7に示す。
当業者は、ブレンドIをそれ自体だけでなく、混合供給ストックとして使用してもよいことを理解するだろう。高いセタン価(70より大きい)と優れた寒冷流動特性(実質的に−20℃よりよいCFPP)との組み合わせにより、ブレンドIは、原油由来ディーゼルを改良するための理想的な混合供給ストックになる。
重質FT物質(成分A)を水素化分解して得られるディーゼル画分を、より軽い水素化していないFT物質(成分C)と、体積比84:16で直接混合した。最終ブレンドの特性を、ブレンドIIとして、表7に示す。
実施例3と同様に、ブレンドIIをそれ自体だけでなく、混合供給ストックとして使用してもよい。高いセタン価(70より大きい)及び優れた寒冷流動特性(実質的に−20℃よりよいCFPP)に加え、ブレンドIIは、アルコール及び少量の多の酸化物を含み、そのレベルは、ブレンドを用意するために使用した混合比に依存する。
表7:ディーゼルブレンド
2:精留塔
3:水素処理装置
4:精留塔
5:水素化分解装置
6:精留塔
7:ライン
9(9a):生成物
10:画分
11:画分
12:底部留分
13:ライン
17:画分
18:画分
19:ナフサ
20:合成ディーゼル
21:未転換物質
Claims (11)
- 70より高いセタン価を有する合成中間留出物を生産するための方法であって、
(a) 合成ガスからFT合成反応を経由して得られる生成物を、1種以上の重質画分及び1種以上の軽質画分に分離する工程であって、前記1種以上の重質画分が270℃より高い温度で沸騰し、及び前記1種以上の軽質画分がC 5 〜270℃の範囲内で沸騰し;
(b) 1種以上の中間留出物を生ずる条件下で、前記重質画分を触媒的に処理する工程;
(c) 工程(b)の中間留出物生成物を、工程(b)で生成した軽生成物画分及び重生成物画分から分離する工程;及び
(d) 工程(c)で得られた中間留出物留分と、工程(a)の1種以上の軽質画分又はその生成物の少なくとも一部とを、体積比1:1〜9:1で混合する工程;及び
(e) 工程(d)の前に、工程(a)の1種以上の軽質画分又はその生成物の少なくともいくつかをVIII族貴金属又は硫化ベース金属又はVI族金属、又はこれらの組み合わせから選択される触媒の存在下で水素化処理を行う工程、
を含むことを特徴とする、合成中間留出物の生産方法。 - 工程(b)の触媒処理が、水素化処理工程である、請求項1に記載の合成中間留出物の生産方法。
- 工程(b)の触媒処理が、水素化分解工程である、請求項2に記載の合成中間留出物の生産方法。
- 工程(d)の前に、工程(e)で水素化処理された画分を分別する付加的な工程を含む、請求項1に記載の合成中間留出物の生産方法。
- 前記1種以上の工程(a)の重質画分が、300℃より高い温度で沸騰する、請求項1に記載の合成中間留出物の生産方法。
- 前記1種以上の軽質画分が、160〜270℃の範囲の温度で沸騰する、請求項1に記載の合成中間留出物の生産方法。
- 工程(d)の生成物が、100℃〜400℃の範囲で沸騰する、請求項1に記載の合成中間留出物の生産方法。
- 工程(d)の生成物が、160℃〜370℃の範囲で沸騰する、請求項1に記載の合成中間留出物の生産方法。
- 工程(d)の生成物が、−20℃より低いCFPPを有するディーゼル燃料である、請求項1に記載の合成中間留出物の生産方法。
- 工程(d)の生成物が、工程(c)で得られた中間留出物留分と、工程(a)の1種以上の軽質画分又はその生成物の少なくとも一部とを、体積比2:1〜6:1で混合することによって得られる、請求項1に記載の合成中間留出物の生産方法。
- 工程(d)の生成物が、工程(c)で得られた中間留出物留分と、工程(a)の1種以上の軽質画分又はその生成物の少なくとも一部とを、体積比84:16で混合することによって得られる、請求項1に記載の合成中間留出物の生産方法。
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