JP5461395B2 - 芳香族炭化水素の製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、芳香族炭化水素の製造方法に関する。特に、流動床反応器を用いた接触改質反応により芳香族炭化水素を製造する方法に関する。
本願は、2009年3月27日に、日本に出願された特願2009−078602号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
流動接触分解(以下、FCCと記す。)装置から得られる軽質ナフサ、重質ナフサ等を接触改質し、BTX(ベンゼン、トルエン、キシレン等)等の芳香族炭化水素を製造する方法はよく知られている。一般に、これらの製造方式としては、粒状の改質触媒を用いた固定床または移動床による方式が採用されている。
一般に、改質反応は吸熱反応を伴うため、その反応熱を補うための熱供給の方法およびそれに関連する温度制御の手法が課題となっている。また、原料が軽質ナフサの場合はともかく、重質ナフサ、とりわけ分解軽油(ライトサイクルオイル。以下、LCOと記す。)や軽油となったときは、反応操作の進行に伴うコークの発生が著しく、改質触媒の再生の頻度も著しくなる。
これらの課題に対処するために、従来の固定床や移動床方式に代え、流動床接触改質方法を用いる方式が提案されている(例えば、特許文献1等)。
流動床方式を採用することで、反応床の改質触媒と原料とを完全混合に近い状態に維持することができ、反応温度を均一に保つことが容易になる。同時に、原料が重質化した場合のコーク劣化した改質触媒を適宜流動床反応器から抜き出すことで、再生を円滑に行うことができる。すなわち、原料との接触によって改質触媒にコークが付着し、改質触媒が不活性化するため、流動床反応器内から抜き出された改質触媒を再生器に移送し、該再生器内にて改質触媒に付着したコークを燃焼させて改質触媒を再生する。その後、再生された改質触媒を流動床反応器に移送することが行われる。
しかし、流動床反応器において改質触媒に付着するコーク量が十分ではなく、再生器内にてコークを燃焼させても、流動床反応器における原料の改質反応(吸熱反応)に必要な熱を得ることはできない。そのため、流動床反応器に供給する前の原料を、加熱炉によってあらかじめ反応温度以上にまで加熱する必要がある。
しかし、加熱炉による原料の加熱では、気液混相状態から完全気相となる露点の原料が加熱炉内に存在する。一般的に加熱炉内に露点の原料が存在した場合、露点の原料近傍の加熱炉管に不純物が堆積する。そして、この堆積した不純物に起因する局部加熱が原因で、加熱炉管が損傷する可能性があり、望ましい手段ではない。また、改質反応が急激に進行する等によって流動床反応器内の温度が急激に低下した場合に、不足する熱を迅速に供給できない。そのため、流動床方式では、効率的に、かつ安定してBTXを含む生成油を製造することに対応すべき課題がある。
特表平3−503656号公報
本発明は、FCC装置から留出するLCO、ナフサ等、ならびに直留軽油を原料にして芳香族炭化水素を製造する方法において、効率的に、かつ安定して芳香族炭化水素を製造できる方法を提供する。
本発明の芳香族炭化水素の製造方法は、FCC装置から留出するLCO、該LCOを水素化処理したものおよびナフサ、ならびに直留軽油からなる群から選ばれる1種以上の原料油を、流動床反応器内の改質触媒と接触させて芳香族炭化水素を製造する方法であって、
前記流動床反応器内から抜き出された改質触媒を熱付け槽に移送する工程と、
前記改質触媒を、熱付け槽で前記流動床反応器内の反応温度以上に熱付けする工程と、
熱付け工程後に、熱付けされた前記改質触媒を前記流動床反応器に移送する工程とを有する。
前記熱付け槽における改質触媒への熱付けは、外部から前記熱付け槽に供給された熱付け用燃料を酸素含有ガスの存在下に燃焼させることによって行われることが好ましい。
熱付け用燃料は、液体燃料または気体燃料であればよく、本発明の製造方法で得られた生成油の蒸留塔底油が好ましい。
前記熱付け槽への熱付け用燃料、例えば蒸留塔底油の供給量は、前記流動床反応器に供給される原料油1トンあたり0.005〜0.08トンであることが好ましい。
前記流動床反応器内から抜き出される改質触媒の量は、前記流動床反応器に供給される原料油1トンあたり5〜30トンであることが好ましい。
前記流動床反応器内の圧力は、0.1〜1.5MPaGであることが好ましい。
前記流動床反応器内の反応温度は、350〜700℃であることが好ましい。
前記流動床反応器内における原料油と改質触媒との接触時間は、5〜300秒であることが好ましい。
本発明の芳香族炭化水素の製造方法によれば、FCC装置から留出するLCO、ナフサ等、ならびに直留軽油を原料にして芳香族炭化水素を製造する方法において、効率的に、かつ安定して芳香族炭化水素を製造できる。
本発明の芳香族炭化水素の製造方法に用いる流動接触改質装置の一例を示す概略構成図である。
図1は、本発明の芳香族炭化水素の製造方法に用いる流動接触改質装置の一例を示す概略構成図である。流動接触改質装置10は、流動床反応器12と、熱付け槽14と、触媒ライザ16と、傾斜パイプ18と、傾斜パイプ20と、フィードパイプ22と、排出パイプ24と、燃料パイプ26と、酸素含有ガスパイプ28と、排気パイプ30とを備える。触媒ライザ16は、その末端が流動床反応器12に接続される。傾斜パイプ18は、基端が流動床反応器12に接続され、末端が熱付け槽14に接続される。傾斜パイプ20は、基端が熱付け槽14に接続され、末端が触媒ライザ16の基端に接続される。フィードパイプ22は、末端が触媒ライザ16の基端に接続される。排出パイプ24は、基端が流動床反応器12に接続される。燃料パイプ26は、末端が熱付け槽14に接続される。酸素含有ガスパイプ28は、末端が熱付け槽14に接続される。排気パイプ30は、基端が熱付け槽14に接続される。
流動床反応器12は、原料油を流動床状態にある改質触媒と接触させてBTXを多く含む生成油を得るためのものである。流動床反応器12は、供給口と、抜出口と、サイクロンと、排出口とを備える。供給口では、触媒ライザ16を通って移送された原料油の蒸気および改質触媒を内部に導入する。抜出口では、改質触媒を傾斜パイプ18へ抜き出す。サイクロンでは、生成油の蒸気と改質触媒とを分離する。排出口では、サイクロンで分離された生成油の蒸気を排出パイプ24へ排出する。
熱付け槽14は、改質触媒に付着したコークの燃焼による熱のみならず、外部から供給されたエネルギーによって改質触媒に積極的に熱付けするためのもの、すなわちこれ自体が大きな加熱装置そのものである。熱付け槽14は、3つの供給口と、抜出口と、排気口とを備える。第1の供給口では、傾斜パイプ18を通って移送された改質触媒を内部に導入する。抜出口では、改質触媒を傾斜パイプ20へ抜き出す。第2の供給口では、燃料パイプ26を通って外部から供給された熱付け用燃料を内部に導入する。第3の供給口では、酸素含有ガスパイプ28を通って供給された酸素含有ガスを内部に導入する。排気口では、燃焼によって発生した燃焼ガスを排気パイプ30へ排気する。
触媒ライザ16は、垂直方向に延びるパイプ状のものであり、傾斜パイプ20を通って移送された改質触媒を内部に導入する供給口と、フィードパイプ22を通って供給された液状の原料油を内部に導入する供給口とを備える。
図1の流動接触改質装置10を用いた芳香族炭化水素の製造は、例えば、以下のように行われる。
フィードパイプ22の途中に設けられた予熱器(図示略)によってあらかじめ加熱された原料油は、フィードパイプ22から触媒ライザ16に連続的に導入される。これと同時に、熱付け槽14にて熱付けされた改質触媒は、傾斜パイプ20から触媒ライザ16に連続的に導入され、触媒ライザ16を上昇する気化された原料油の蒸気を移送媒体として、流動床反応器12へ移送される。
触媒ライザ16から流動床反応器12に原料油の蒸気とともに連続的に導入された改質触媒は、原料油の蒸気によって流動床状態となる。流動床状態にて原料油の蒸気と改質触媒とが接触し、BTXを多く含む生成油の蒸気が得られる。生成油の蒸気と改質触媒とは、サイクロンによって分離され、生成油の蒸気は、排出パイプ24へ連続的に排出される。排出された生成油の蒸気は、排出パイプ24を通って後段の蒸留塔(図示略)等へ移送される。原料油の蒸気との接触によってコークが付着し、部分的に不活性化した改質触媒の一部は、流動床反応器12から傾斜パイプ18へ連続的に抜き出される。
傾斜パイプ18から熱付け槽14に連続的に導入された改質触媒は、燃料パイプ26を通って外部から供給された熱付け用燃料を、酸素含有ガスパイプ28を通って供給された酸素含有ガスの存在下に燃焼させることによって、流動床反応器12内の反応温度以上に連続的に熱付けされる。即ち、熱付け用燃料と酸素含有ガスの燃焼によって発生した燃焼熱によって、改質触媒は、熱付される。また、熱付け時には、改質触媒に付着したコークも燃焼するため、改質触媒の再生も行われる。燃焼によって発生した燃焼ガスは、排気パイプ30へ連続的に排気される。熱付けされた改質触媒は、熱付け槽14から傾斜パイプ20へ連続的に抜き出され、傾斜パイプ20から触媒ライザ16に再び導入される。このように、改質触媒は、流動床反応器12と熱付け槽14との間を絶えず循環している。
原料油としては、FCC装置から留出する、LCO、該LCOを水素化処理したもの、およびナフサからなる群から選ばれる1種以上を用いる。これら原料油を用いた場合、該原料油と改質触媒とが接触した際に改質触媒に付着するコーク量は必ずしも多くない。よって、これら原料油から芳香族炭化水素を含む生成油を効率的に、かつ安定して製造するためには、本発明の製造方法が有効となる。
改質触媒は、結晶性アルミノシリケートを含むものである。
改質触媒における結晶性アルミノシリケートの含有量は、特に限定されないが、10質量%以上且つ95質量%以下が好ましく、20質量%以上且つ80質量%以下がより好ましく、25質量%以上且つ70質量%以下がさらに好ましい。
結晶性アルミノシリケートとしては、特に限定されないが、例えば、中孔径ゼオライトであるMFI(Zeolite Socony Mobil-five)、MEL(Zeolite Socony Mobil-eleven)、TON(Theta-one)、MTT(Zeolite Socony Mobil-twenty-three)、MRE(Zeolite Socony Mobil-48)、FER(Ferrierite)、AEL(Aluminophosphate-eleven)、EUO(Edinburgh University-one)タイプのゼオライトが好ましく、MFIタイプおよび/またはMELタイプの結晶構造体がより好ましい。MFIタイプ、MELタイプ等の結晶性アルミノシリケートは、
The Structure Commission of the International Zeolite Associationにより公表された種類の公知ゼオライト構造型に属する(Atlas of Zeolite Structure Types,W.M.Meiyer and D.H.Olson (1978).Distributed by Polycrystal Book Service,Pittsburgh,PA,USA)。
結晶性アルミノシリケートとしては、ガリウムおよび/または亜鉛を含むものが好ましい。ガリウムおよび/または亜鉛を含むことにより、より効率的にBTXを製造できると同時に、炭素数3〜6の非芳香族炭化水素の副生を大幅に抑制できる。
ガリウムおよび/または亜鉛を含む結晶性アルミノシリケートとしては、結晶性アルミノシリケートの格子骨格内にガリウムが組み込まれたもの(結晶性アルミノガロシリケート)、結晶性アルミノシリケートの格子骨格内に亜鉛が組み込まれたもの(結晶性アルミノジンコシリケート)、結晶性アルミノシリケートにガリウムを担持したもの(ガリウム担持結晶性アルミノシリケート)、結晶性アルミノシリケートに亜鉛を担持したもの(亜鉛担持結晶性アルミノシリケート)、それらを少なくとも1種以上含んだものが挙げられる。
ガリウム担持結晶性アルミノシリケートおよび/または亜鉛担持結晶性アルミノシリケートは、結晶性アルミノシリケートにガリウムおよび/または亜鉛をイオン交換法、含浸法等の公知の方法によって担持したものである。この際に用いるガリウム源および亜鉛源としては、特に限定されないが、硝酸ガリウム、塩化ガリウム等のガリウム塩、酸化ガリウム、硝酸亜鉛、塩化亜鉛等の亜鉛塩、酸化亜鉛等が挙げられる。
結晶性アルミノガロシリケートおよび/または結晶性アルミノジンコシリケートは、SiO、AlOおよびGaO/ZnO構造が骨格中において四面体配位をとる構造のものである。結晶性アルミノガロシリケートおよび/または結晶性アルミノジンコシリケートは、水熱合成によるゲル結晶化、結晶性アルミノシリケートの格子骨格中にガリウムおよび/または亜鉛を挿入する方法、または結晶性ガロシリケートおよび/または結晶性ジンコシリケートの格子骨格中にアルミニウムを挿入する方法で得ることができる。
熱付け用燃料としては、改質触媒に付着したコーク以外の燃料であって、外部から供給された燃料(いわゆるトーチオイル)、例えば、本発明の製造方法で得られた生成油の蒸留塔底油等が挙げられる。熱付け用燃料は、特に改質触媒の水蒸気による劣化の問題を回避するという点から、水素原子に対する炭素原子の比率(C/H)が比較的大きい蒸留塔底油が好ましい。
酸素含有ガスとしては、空気、純酸素等が挙げられ、経済的な観点から、空気が好ましい。
なお、改質触媒への熱付けは、熱付け用燃料の燃焼に限定はされず、ヒータ等の間接的な加熱手段等を用いて熱付けを行ってもよい。ただし、熱付けの効率や改質触媒劣化の抑制の点から、熱付け用燃料の燃焼による熱付けが好ましい。
予熱器(図示略)による原料油の加熱温度は、流動床反応器12内での改質反応に必要な熱が熱付けされた改質触媒によって供給される点から、流動床反応器12内の反応温度未満であればよい。原料油の加熱温度は、例えば、150℃以上且つ450℃以下が好ましく、180℃以上且つ350℃以下がより好ましい。
流動床反応器12内の圧力は、目標とする反応収率にもよるが、下限としては0.1MPaGが好ましく、さらに好ましくは0.2MPaGが望ましい。一方上限としては1.5MPaGが好ましく、さらに好ましくは1.0MPaGであり、0.5MPaGがより好ましい。圧力が0.1MPaG以上であれば、BTXを効率的に製造できる。圧力が1.5MPaG以下であれば、分解によって副生する軽質ガスの量を抑制できる。
流動床反応器12内の反応温度は、下限としては350℃が好ましく、より好ましくは450℃であり、さらに好ましくは500℃であり、さらにより好ましくは520℃が望ましい。一方上限としては700℃が好ましく、600℃がより好ましい。反応温度が350℃以上であれば、改質触媒の活性が十分となる。反応温度が700℃以下であれば、過度の分解反応が抑制される。
流動床反応器12内における原料油と改質触媒と接触時間は、下限としては5秒が好ましく、さらに10秒が好ましく、より好ましくは15秒が望ましい。一方上限としては300秒が好ましく、150秒がより好ましく、100秒以下がさらに好ましい。接触時間が5秒以上であれば、改質反応が十分に進行する。接触時間が300秒以下であれば、分解によって副生する軽質ガスの量を抑制できる。
流動床反応器12内から抜き出される改質触媒の量(循環量)は、流動床反応器12に供給される原料油1トンあたり5〜30トンが好ましく、これは全体の熱バランスとも関連し決められるものである。
熱付け槽14内の圧力は、熱付けされた改質触媒を流動床反応器12へ移送する点から、流動床反応器12内の圧力よりも高いことが好ましい。
熱付け槽14内の温度は、流動床反応器12内での改質反応に必要な熱は熱付けされた改質触媒によって供給される点から、流動床反応器12内の反応温度以上である。熱付け槽14内の温度は、例えば、下限としては500℃が好ましく、さらに600℃が望ましい。一方上限としては800℃が好ましく、700℃がより望ましい。
熱付け槽14への熱付け用燃料(蒸留塔底油の場合)の供給量は、流動床反応器12に供給される原料油1トンあたり0.005トン以上且つ0.08トン以下が好ましく、0.02トン以上且つ0.08トン以下がより好ましい。熱付け用燃料の供給量は、コーク生成量と全体の熱バランスから決まる。
以上説明した本発明の芳香族炭化水素の製造方法にあっては、流動床反応器内から抜き出された改質触媒を熱付け槽に移送し、流動床反応器内の反応温度以上に熱付けした後、熱付けされた改質触媒を流動床反応器に移送している。従って、改質触媒に付着したコークの燃焼による熱のみならず、外部から供給されたエネルギーによって積極的に熱付けされた改質触媒によって効率よく、かつ安定的に流動床反応器内での改質反応(吸熱反応)に必要な熱を十分に補うことができる。そのため、改質触媒と接触した際に改質触媒に付着するコーク量が十分ではないような原料油(LCO等)を原料に用いているにもかかわらず、効率的に、かつ安定してBTXを製造できる。
以下、実施例を示す。
〔実施例1〕
図1に示す構成の流動接触改質装置10を用い、下記の運転条件にてBTXの製造を行い、このデータをもとにBTXの製造量等を計算で求めた。
(運転条件)
予熱器(図示略)による原料油の加熱温度:200℃、
触媒ライザ16への原料油(蒸気)の供給量:1トン/hr、
流動床反応器12内の圧力:0.3MPaG、
流動床反応器12内の反応温度:560℃、
流動床反応器12内における原料油と改質触媒と接触時間:18秒、
熱付け槽14内の圧力:0.35MPaG、
熱付け槽14内の温度:650℃、
熱付け槽14への熱付け用燃料の供給量:0.025トン/原料油1トン、
熱付け槽14への空気の供給量:0.80トン/原料油1トン、
改質触媒の循環量:17.6トン/原料油1トン。
なお、原料油としては、LCOを用いた。
熱付け用燃料(トーチオイル)としては、生成油の蒸留塔底油を用いた。
改質触媒としては、格子骨格内にガリウムが組み込まれたMFIタイプのゼオライト(粒子寸法:約0.3μm)を含む改質触媒を用いた。
運転中、熱付け槽14で熱付けされた改質触媒によって効率よく熱を流動床反応器12に供給でき、流動床反応器12内の温度が大きく変動することはなく、安定して生成油を得ることができた。
生成油に含まれるBTXの量は、43質量%であった。
本発明は、FCC装置から留出したLCO、ナフサ等を原料にした芳香族炭化水素の製造に有用である。
12 流動床反応器
14 熱付け槽

Claims (6)

  1. 流動接触分解装置から留出する分解軽油、該分解軽油を水素化処理したものおよびナフサ、ならびに直留軽油からなる群から選ばれる1種以上の原料油を、流動床反応器内の改質触媒と接触させて芳香族炭化水素を製造する方法であって、
    前記流動床反応器内から抜き出された改質触媒を熱付け槽に移送する工程と、
    前記改質触媒を、熱付け槽で前記流動床反応器内の反応温度以上に熱付けする工程と、
    熱付け工程後に、熱付けされた前記改質触媒を前記流動床反応器に移送する工程とを有し、
    前記改質触媒が、10質量%以上、且つ95質量%以下の結晶性アルミノシリケートを含み、
    前記流動床反応器内の圧力が、0.1〜1.5MPaGであり、
    前記流動床反応器内の反応温度が、350〜700℃である、芳香族炭化水素の製造方法。
  2. 前記熱付け槽における改質触媒への熱付けが、外部から前記熱付け槽に供給された熱付け用燃料を酸素含有ガスの存在下に燃焼させることによって行われる、請求項1に記載の芳香族炭化水素の製造方法。
  3. 前記熱付け用燃料が、生成油の蒸留塔底油である、請求項2に記載の芳香族炭化水素の製造方法。
  4. 前記熱付け槽への蒸留塔底油の供給量が、前記流動床反応器に供給される原料油1トンあたり0.005〜0.08トンである、請求項3に記載の芳香族炭化水素の製造方法。
  5. 前記流動床反応器内から抜き出される改質触媒の量が、前記流動床反応器に供給される原料油1トンあたり5〜30トンである、請求項1〜4のいずれかに記載の芳香族炭化水素の製造方法。
  6. 前記流動床反応器内における原料油と改質触媒と接触時間が、5〜300秒である、請求項1〜のいずれかに記載の芳香族炭化水素の製造方法。
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