JPH06501718A - 線状パラフィンの精製方法の改良されたプロセス制御 - Google Patents

線状パラフィンの精製方法の改良されたプロセス制御

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 線状パラフィンの精製方法の改良されたプロセス制御関連出願 本出願は、共に所有され、共に出願中の、標題が「線状パラフィンの精製方法( Process for the Purifica−tion of Lin ear Paraffins)Jであって、その開示の全てが本明細書中に引例 として組み入れられている、1988年8月31日出願ノU、 S、 S、 N 、第07/23B、 854号の一部継続出願である。
1、発明の分野 本発明はパラフィンの精製方法に関し、より詳細には、吸着剤を使用する線状パ ラフィンの精製方法に関する。
特に、本発明は、線状パラフィン精製プロセスの効率を改良するための新規な制 御方法に関し、この方法は吸着流出液中の脱着剤の濃度を監視することを含む。
2、背景と関連物質の説明 出発点が原油である炭化水素生成物に関しては、パラフィンが精製される純度は 、比較的原油に近い程度から比較的純粋な程度まで広い範囲に渡っている。パラ フィンの各々の等級について商業的用途が存在するが、非常に高い純度のパラフ ィン生成物を特徴とする特別の用途が存在する。このような特別の用途のあるも のはさらに、その組成が実質的に線状パラフィンに限定されるパラフィン生成物 を必要とする。ここで、線状パラフィンはノルマル、非分枝鎖、又は直鎖パラフ ィンとも呼ばれる。例えば、洗浄剤の製造において、線状パラフィンはスルホン 化アルキルアリール−及びアルキル−スルホン化合成洗浄剤のアルキル成分とし て有用である。
線状パラフィンは優れた洗浄剤特性を有する生成物をもたらし、さらにこの生成 物は分枝鎖パラフィンから製造された合成洗浄剤と比較して優れた生物分解特性 (biogradability)を有するので、線状パラフィンは洗浄剤の製 造に好ましい。実質的に純粋な線状パラフィンに対するその他の重要な用途には 、防炎加工剤の製造用の成分、反応希釈剤、溶媒、芳香族化反応における中間体 、可塑剤、及び蛋白質/ビタミン濃縮物における使用が含まれる。
しかしながら、実質的に純粋な線状パラフィンを得ることは極めて困難である。
工業的及び商業的に使用するための線状パラフィンは合成によって製造されず、 そのかわり、天然産の炭化水素源、最も典型的には、天然炭化水素供給原料のケ ロシン沸点範囲留分から単離される(本明細書中において使用される「ケロシン 範囲」という用語は約182〜277℃の沸点範囲を意味する)。これらの供給 原料は広範囲の炭化水素成分から構成されており、パラフィンに加えて、芳香族 化合物、及び硫黄含有化合物、窒素含有化合物、及び酸素含有化合物(即ち、フ ェノール類)のようなヘテロ原子化合物などの不純物を含む。そのような供給原 料から線状パラフィンを分離するのに使用される商業的プロセスは、一般に、実 質的に純粋な線状パラフィン生成物を生産するのに十分なほど精密ではない。そ れよりも、分離されたケロシン範囲の線状パラフィン生成物は、上述の不純物を 前述の特別な用途において線状パラフィン生成物を使用するのを妨げるのに十分 な量で含有している可能性がある。
ケロシン範囲の線状パラフィンを実質的に純粋な線状パラフィンまで改良するた めの主要な従来技術の方法は、穏やかなハイドロファイニング法(hydrof ining)とその後の酸処理及び激しいハイドロファイニング法である。
酸処理はケロシン範囲の線状パラフィンから芳香族を除去するが、これは完全に 満足のいく方法ではない。酸処理は、汚染されたパラフィン流れの芳香族成分の みを対象としたものであり、ヘテロ原子化合物に関しては生成物の純度を改善し ない。さらに、酸処理は、健康、安全性、産業衛生、及び環境的特性に関してか なりの懸念を生じさせる。さらに、酸処理は最終生成物中の硫黄濃度を実際に増 加させる可能性がある。
一般的事柄として、固体吸着剤を使用して粗原料に近い源から特定の炭化水素留 分を精製及び/又は単離する方法は公知である。これらの従来技術の方法におい ては、固体吸着剤材料の床を、吸着に好ましい条件下に、液相か又は蒸気相の炭 化水素流れと接触させる。この接触段階の間に、炭化水素流れの小部分は固体吸 着剤の細孔中に吸着されるが、流出液又はラフィネートと称される大部分は通過 する。方法と必要な生成物にもよるが、吸着剤は、所望の生成物を吸着するよう にも(吸着された生成物はその後脱着され回収される)、或いは望ましくない不 純物を吸着するようにも(この場合、精製された生成物である流出液が得られる )使用できる。
いずれにしろ、吸着段階中、固体吸着剤は吸着された物質で徐々に飽和されてゆ き、従って、これは周期的に脱着されなければならない。吸着剤が望ましくない 不純物を含む場合、吸着剤を空けて不純物をさらに除去するために脱着が必要で ある。吸着剤が所望の生成物を含む場合、脱着は、炭化水素流れから所望の生成 物をさらに分離するために吸着剤を空け、かつ所望の生成物を回収するために吸 着剤から遊離させる。生成物は所望によりさらに処理される。脱着は、一般に、 初めに吸着剤材料の床を炭化水素流れから分離し、その後、固体吸着剤から吸着 された物質を置換する作用を有する物質の流れと吸着剤材料の床とを接触させる ことによって行われる。
この物質は脱着剤(desorbent)と呼ばれる。脱着が完了したら、固体 吸着剤材料の床を再び炭化水素流れと接触させることができる。
吸着/脱着プロセスの効率は、選択された正確な吸着剤、温度、圧力、炭化水素 流れの流速、供給物流れ成分の濃度、及び脱着剤のような幾つかの重要な要因に よって決定される。この分野における従来技術は、与えられた供給原料(それか ら望ましい生成物が得られる)を、商業的に許容可能なプロセスで達成される適 切な条件下に、適切な吸着剤と脱着剤の組み合わせと適合させる際の、複雑さと 高い程度の特殊性を示している。
フレック(FLECK)らの米国特許第2.881.862号には、芳香族化合 物と硫黄化合物を複雑な炭化水素流れから、[ゼオライトメタロアルミノ珪酸塩 (zeolitic metall。
alumino 5ilicate)J上への吸着によって分離することが開示 されており、これは線状ペンタンによって脱着できる(第5欄49〜54行、第 6欄8〜12行を参照のこと)。
キンバーリン(KIMBERLIN)らの米国特許第2.950.336号には 、ゼオライト型モレキュラーシーブを使用して、パラフィンも含んでよい炭化水 素混合物から芳香族化合物とオレフィンを分離することが開示されており、この ゼオライト型モレキュラーシーブはガスパーン、排気、芳香族炭化水素による置 換、又は蒸熱(steaming)とその後の脱水によって脱着できる(第4欄 38〜48行を参照のこと)。
タラトル(TUTTLE)らの米国特許第2.978.407号には、13オン グストロームの細孔直径を有するモレキュラーシーブを使用して、線状パラフィ ン、イソパラフィン、環式炭化水素、及び芳香族を含む混合物から芳香族炭化水 素を分離することが開示されており、このモレキュラーシーブはガスパーン及び /又は排気によって脱着できる(第2欄65〜70行を参照のこと)。
エパーリー(EPPERLY)らの米国特許第3.063.934号には一すン デ(Linde) IOX又はリンダ13xモレキコラーシーブのようなモレキ ュラーシーブを使用して、ナフサ異性化反応器への供給物から芳香族化合物、オ レフィン、及び硫黄を除去することが開示されており、このモレキュラーシーブ はその後異性化反応器からの流出液を使用して脱着できる(第2欄36〜41行 を参照のこと)。
エパーリー(EPPERLY)らの米国特許第3.228.995号及び第3. 278.422号の両方には、一般に、ゼオライト吸着剤を使用して、飽和炭化 水素及び/又はオレフィンから芳香族及び/又は非炭化水素を分離することが開 示されている。このゼオライトは極性又は極性化可能な物質によって脱着され、 このような物質としてはアンモニアが好ましいが、二酸化硫黄、二酸化炭素、ア ルコール、グリコール、ハロゲン化化合物、及びニトロ化化合物も使用できる。
コンドウ(KONDO)らの米国特許第4.313.014号には、X型及び/ 又はY型アルミノ珪酸塩ゼオライトを使用する、シクロヘキセン/シクロヘキサ ン混合物からのシクロヘキセンの吸着的分離が開示されており、このゼオライト はトリメチルベンゼンによって脱着できる(第2欄3〜11行を参照のこと)。
オワイシ(OfAYSI)らの米国特許第4.567、315号には、液体パラ フィンから芳香族炭化水素を除去する方法が開示されている。芳香族は初めにX 型ゼオライトモレキュラーシーブ材料によって吸着され、その後、アルコール又 はグリコールのような極性又は極性化可能な物質を使用して脱着される(第3欄 65〜68行及び第7欄15〜20行を参照のこと)。第3の工程において、脱 着された芳香族炭化水素は、n−へキサン、n−へブタン、又はイソオクタンの ような溶媒を使用してゼオライト床から洗浄される(第7欄26〜30行を参照 のこと)。ミワ(MIWA)らの米国特許第4.571.441号には、X型ゼ オライト又はY型ゼオライトのようなホージャサイト型ゼオライト吸着剤を使用 して、置換ベンゼン異性体混合物から置換ベンゼンを分離することが開示されて いる。回収されることが望ましい置換ベンゼンの性質にもよるが、使用される脱 着剤は、トルエン、キシレン、ジクロロトルエン、クロロキシレン、又はトリメ チルベンゼン;アルコール又はケトンのような酸素含有物質;又はジエチルベン ゼンでよい(第3欄35〜59行を参照のこと)。
ロシア特許第1.298.202号には、シリカゲル、非晶質アルミノ珪酸塩、 又はホージャサイト型ゼオライトのような面体吸着剤を使用して、パラフィン供 給原料から芳香族を除去する方法が開示されている。固体吸着剤の床は初めに前 の精製サイクルから得られた精製パラフィンの流れで予備処理される。パラフィ ン供給原料をその後固体吸着剤の床に通して、流出液の芳香族含有率が特定の水 準に達するまで芳香族を除去する。吸着された芳香族の脱着は、水蒸気、アンモ ニア、イソプロピルアルコール、アセトン、トルエン、又は類似物を使用して5 0〜500℃で行われる。脱着剤はその後200〜500℃でのガスパーンを使 用して固体吸着剤から除去されなければならず、その結果、固体吸着剤の床は、 吸着フェーズに再び戻す前に、精製パラフィン又は気体の流れを使用して20〜 150℃まで冷却されなければならない。
共に所有され、共に出願中の、標題が「線状パラフィンの精製方法(Proce ss for the Purifica−tion ofLinear Pa raffins)Jである、1988年8月31日出願のIl、 S。
S、 N、第07/238.854号は、線状パラフィン、及び芳香族化合物、 窒素含有化合物、硫黄含有化合物、酸素含有化合物、着色体、及びそれらの混合 物から成る群から選択される少なくとも1種の不純物を含む炭化水素供給原料の 精製方法に関し、この方法は、a)炭化水素供給原料の液体供給物流れを約6乃 至約15オングストロームの平均細孔サイズを有するゼオライトを含む吸着剤と 、ゼオライトによって少なくとも1種の不純物を吸着させて不純物を充填したゼ オライトを生成するのに適する条件下で、接触させること、及びb)アルキル置 換ベンゼンを含む脱着剤を使用して不純物を充填したゼオライトを脱着させるこ とを含む。この出願においては、フィードフォワード調節系(feed for ward control system)が、供給物中の芳香族及びその他の 不純物を測定するため、及び供給物の芳香族、吸着剤床の能力、並びにその他の 臨界パラメーターを考慮に入れたモデル又は経時的データに基づいて吸着サイク ルの時間を決定するために、使用される。フィードフォワード調節系は、変動を 監視して、その後の関連した変動を予測し制御することによってプロセスの制御 を行う従来的技術である。U、 S、 S、 N、第07/238.854号に おいては、多孔質シリカの静止相ともに超臨界流体を移動相として使用する超臨 界流体クロマトグラフィー (Supercritical Fluid Ch romatography)(5FC)を使用して、吸着剤床の利用を予測し、 吸着剤床中の吸着剤が芳香族及びその他の不純物で実質的に飽和されたと予想さ れたときの吸着剤床の切り替えを制御しかしながら、本発明は、吸着を使用する 線状パラフィンの従来的精製方法の効率をフィードバック制御系を使用して改善 するための新規な制御方法に関する。
本発明によれば、吸着剤床の流出液中の脱着剤の濃度を監視して、必要な場合、 吸着剤床の交換のために吸着剤が飽和したときを決定できるフィードバック制御 方法を発見した。このフィードバック制御メカニズム、即ち、本発明の技術又は 系のユニークな特徴は、吸着剤床の流出液、即ち、吸着流出液流れ中の脱着剤の 濃度のみを監視することによって、その他の流出液の変動を監視せずに、上述の 目的を効率的に達成できるということである。
従って、本発明のフィードバック制御メカニズムは、吸着流出液流れ中の脱着剤 (これはトルエンが好ましい)の濃度を監視すること、吸着流出液流れ中の脱着 剤の濃度を吸着剤床に導入される供給物流れ中に存在する脱着剤の濃度と比較す ること、及び吸着剤床内の吸着剤が不純物で実質的に飽和されたと決定された適 切な時期に吸着剤床を切り替えることを含む。
本発明の目的のために、2つの吸着剤床が連続式、向流、液体相サービスで使用 される。吸着剤床からの流出液中の脱着剤の濃度はプロセス温度、空間速度、及 び供給物の不純物濃度によって影響を受けることが判明したが、供給物の不純物 濃度、特に芳香族の濃度が吸着流出液中の脱着剤濃度に強い影響を与えることが 判明した。
より詳細に述べると、本発明は、確立されたオンラインガスクロマトグラフィー (G C)を吸着流出液流れ中の脱着剤(これはトルエンが最も好ましい)をリ アルタイムで監視するために使用することに関する。
本発明によれば、前述のフィードフォワード法を補うために、オンラインガスク ロマトグラフィー(G C)を吸着流出液流れ中の脱着剤をリアルタイムで監視 することを含むフィードバック制御方法も開発された。
より詳細には、本発明は、線状パラフィン、及び芳香族化合物、窒素含有化合物 、硫黄含有化合物、酸素含有化合物、着色体、及びそれらの混合物から成る群か ら選択される少なくとも1種の不純物を含む炭化水素供給原料の精製方法に関し 、この方法は、そのような炭化水素供給原料を含む液体供給物流れを吸着剤床中 の脱着剤を含む吸着剤と、吸着剤によって少なくとも1種の不純物を吸着させて 精製された炭化水素供給原料とある量の脱着剤を含む吸着サイクル流出液を生成 するのに適する温度、空間速度、及びサイクル時間を含む条件下で、接触させる 工程、吸着サイクル流出液中の脱着剤の量を監視して供給物流れ中の少なくとも 1種の不純物の濃度に対応する脱着剤のプラトー (plateau)濃度を決 定する工程、及び脱着剤の量が脱着剤のプラトー濃度よりも降下したことが検知 され、それによって不純物のブレークスルー(breakthrough)が吸 着サイクル流出液中において生じていること及び吸着剤が不純物で実質的に飽和 され不純物で充填された吸着剤がもたらされたことが示されるまで、監視を継続 する工程を含む。不純物は芳香族化合物であり、これは供給物流れ中に約0.1 乃至約10.0重量%の濃度で存在する。芳香族化合物は、アルキル置換ベンゼ ン、インダン、アルキル置換インダン、ナフタレン、テトラリン、アルキル置換 テトラリン、ビフェニル、アセナフテン、及びそれらの混合物から成る群から選 択されるのが好ましい。本発明の方法は、不純物で充填された吸着剤を脱着剤と 約0.1乃至約2.5 WH3Vの脱着剤の重量空間速度(weight ho urly 5pace velocity)で接触させて、脱着剤を含む脱着さ れた吸着剤を得る工程も含む。
脱着剤はアルキル置換ベンゼンが好ましく、トルエンが最も好ましい。本発明の 方法は、ガスクロマトグラフィー技術を吸着サイクル流出液の監視に使用するこ とを含み、さらに、超臨界流体クロマトグラフィー技術を使用して炭化水素供給 原料を含む液体供給物流れを分析しサイクル時間を予測することを含む。
図面の簡単な説明 第11図は、本発明による線状パラフィンの精製方法において使用するための制 御方法の流れ図である。
第2図は、供給物の不純物濃度と吸着流出液中の脱着剤の濃度を監視した結果を 表すグラフである。
発明の詳細な説明 本発明の方法に従って精製される炭化水素供給物流れを形成するのに使用される 供給原料は、芳香族及び/又はヘテロ原子化合物によって汚染された線状パラフ ィンを含むいずれの炭化水素留分てもよい。典型的には、供給物流れ中に存在す るパラフィンは08〜C2□の炭素鎖長を有する。
本発明による方法において使用するのに適する供給原料の1つは、ケロシン範囲 炭化水素留分から線状パラフィンを分離するプロセスから得られる線状パラフィ ン生成物である。そのようなプロセスからの線状パラフィン流出物は典型的には 主に線状パラフィンから成り、これはそれらが分離された原油の性質によって芳 香族並びにヘテロ原子化合物によって汚染されている。
芳香族は炭化水素流れ中に約0.1乃至約10.0重量%の量で存在することが でき、典型的には約0.5乃至約3.0重量%の量で存在する。
供給原料中に存在する典型的芳香族には、アルキル置換ベンゼン、テトラリン、 アルキル置換テトラリン、インダン、及びアルキル置換インダンのような単環式 芳香族;インダン及びナフタレン;及びナフタレン、ビフェニル、及びアセナフ テンのような二環式芳香族が含まれる。
供給原料は酸素含有化合物、即ち、ペテロ原子含有化合物を含む可能性がある。
供給原料中に見られる最も一般的な酸素含有化合物はフェノール類であり、これ らは炭化水素供給原料中に約600 vppmまでの濃度で存在する可能性があ り、約300 ppmまでが好ましい。典型的には、フェノール類は供給原料中 に約10 wppm乃至150wppmの濃度で存在し、より典型的には約10  WE)I)In乃至約100 vppmの範囲内である。
炭化水素供給原料中の硫黄含有化合物の量は約20vppmのように高いことも 有り得る。典型的には、硫黄含有率は約1 wppm乃至約15 wppmであ る。供給原料中に存在する典型的硫黄含有化合物には、スルフィド、チオフェン 、及びメルカプタン、並びにそれらの混合物が含まれる。メルカプタンは約1  wppmまでの量で存在する可能性がある。
窒素含有化合物は炭化水素供給原料中に約500 WpI)Illまでの濃度で 存在する可能性がある。より典型的には、窒素含有化合物の濃度は約1.OWI )pm+乃至200 vppmである。
供給原料中に存在する典型的窒素含有化合物には、インドール、キノリン、及び ピリジン並びにそれらの混合物が含まれる。
上述の不純物に加えて、本発明に従って精製される供給原料には、着色体が含ま れる可能性がある。供給原料のPt/Co色はASTM D−1209によって 測定して、約30のように高いことも有り得るが、典型的には約5乃至20であ る。
以上を考慮すれば、当業者には、本発明による方法によって処理できる供給原料 が、主に、芳香族、及び酸素含有化合物、硫黄含有化合物、及び窒素含有化合物 、並びに着色体を含む、極めて様々な群の汚染物を含むことが理解されるだろう 。従って、これらの汚染物の代表的カテゴリーを以上で説明したが、本明細書中 のこれらのカテゴリーの特定の列挙は説明のためのみのものであり、限定或いは その他のものを除外するためのものではないと考えられるべきである。
炭化水素供給物流れは液体相で固体吸着剤と接触するのが好ましい。吸着剤と接 触する前に、供給物は約20℃乃至約250℃の温度まで加熱される。吸着を行 うのに好ましい温度は約100℃乃至約150℃である。液体相の維持を確実に するために背圧調整を使用することができる。
固体吸着剤を通る炭化水素供給物流れの流速は、約0.2 WH8V乃至約2. 5 tH3Vの範囲になるように調節される。
好ましい範囲は約0.75 W[lSV乃至約2.OVH3Vである。
脱着剤も同様に液体相で固体吸着剤と接触する。脱着剤もまた、吸着剤と接触す る前に、約20℃乃至約250℃の温度まで加熱できる。好ましい温度範囲は、 供給物流れが吸着剤と接触する温度と実質的に同じものである。
固体吸着剤を通る脱着剤の流速は、少なくとも約0.1WBSV乃至約2.5  fH3Vの範囲で変化できる。好ましい範囲は約0.2 fH3V乃至約2.5  WH3Vであり、より好ましくは約0.3 WH3V乃至約1.5 fH8V テある。
本発明による方法において使用される固体吸着剤はいずれのモレキュラーシーブ でもよい。ホージャサイト族のゼオライトを使用するのが好ましく、ホージャサ イト族には約6乃至約15オングストロームの平均細孔直径を有する天然及び合 成のゼオライトが含まれる。モレキュラーシーブの代表的な例は、ホージャサイ ト、モルデナイト、及びXSY、及びA型ゼオライトである。本発明による方法 において使用するのに最も好ましいゼオライトはX及びY型ゼオライトである。
より好ましいゼオライトは約6.8乃至約9オングストロームの細孔サイズを有 し、実質的に粉砕された形態又はビーズ状粒子の形態でよい。
特別の実施態様の1つにおいては、ゼオライトはY型ゼオライトでよく、より詳 細には、カチオン交換Y型ゼオライトでよい。カチオンはアルカリ及びアルカリ 土類金属から成る群から選択できる。
特に好ましい実施態様において、カチオン交換Y型ゼオライトはMgYゼオライ トである。
或いは、ゼオライトはNaXゼオライトのようなX型ゼオライトでよい。
本発明による方法において使用される吸着剤は、シリカ、アルミナ、シリカ−ア ルミナ、カオリン、又はアタパルジャイトのような無機結合剤を含むことができ る。
使用の前に、ゼオライトにカチオン交換を施してもよい。イオン交換法か又は他 の方法によって、ゼオライト中に組み入れることのできるカチオンには、全ての アルカリ及びアルカリ土類金属、並びに三価のカチオンが含まれ、Na5Li、 及びMgが好ましい。
本発明の方法において使用するのに最も好ましいゼオライトは、一般に13Xゼ オライトと称されるNaXゼオライトと、IIgYゼオライトである。
ゼオライトはいかなる形態でも使用できるが、押し出し粒子の形態よりも、ビー ズ状粒子又は粉砕粒子の形態のゼオライトを使用するのが好ましい。ゼオライト は純粋なまま、或いは公知の結合剤と組み合わせて使用できる。結合剤には、シ リカ、アルミナ、アルミノ珪酸塩、又はカオリン及びアタパルジャイトのような りレーが含まれるが、これらに限定されない。
本発明による方法の好ましい実施態様において、吸着及び脱着のサイクル又はフ ェーズは、お互いに向流で行われる。より詳細に述べると、吸着は炭化水素供給 原料を固体吸着剤の床と下向き流れ方式で接触させることによって行われ、下向 き流れ方式は、吸着プロセスを妨害して生成物の品質を悪くする密度勾配逆混合 (backmix−ing)を無くすので有利であることが判明した。また、上 向きの流れで低い質量速度を使用して脱着を行うことによって、そうしなければ 脱着中に生じる固体吸着剤の床の持ち上がりに対する懸念を減少させる。
好ましい実施態様において、本発明による方法は、吸着プロセスによって除去さ れる主要な不純物の分子と同じクラスである脱着剤を使用する。好ましくは、非 極性、アルキル置換ベンゼンを使用して飽和した吸着剤から芳香族汚染物を脱着 させる。本発明による方法を実施するのに最も適することが判明した条件下では 、最も好ましい脱着剤はトルエンである。
従って、本発明による方法は、芳香族脱着剤、即ち、トルエンのようなアルキル 置換ベンゼンの使用を可能にするが、この脱着剤は効率的であり、容易に入手で き、安価であり、その後吸着工程中に固体吸着剤から容易に置換され、そして生 成物から簡単に分離できる。
芳香族脱着剤は同様な沸点を有するその他の炭化水素との混合物として使用でき るが(例えば、ヘプタンはトルエンと使用できる)、脱着剤は主に芳香族置換体 から配合するのが好ましく、トルエンが好ましい芳香族である。従って、脱着剤 は非トルエン炭化水素を約90%までの量で含むことができるが、好ましい脱着 剤は非トルエン炭化水素を約o、 oooi乃至10%の量で含む。特に好まし い実施態様において、脱着剤は少なくとも約95重量%のトルエンを含み、脱着 剤の残りは非トルエン炭化水素から成る。
脱着剤はまた比較的微量の溶解した水分を含むことができる。一般に、溶解した 水分は脱着剤中に約500 wppmまでの量で存在することができ、約50乃 至約300 wppmの範囲が好ましい。
本発明による好ましい実施態様においては、2つの吸着剤床を連続式、向流、液 体相吸着プロセス中で使用するのが好ましい。特定の理論によって縛られること は望まないが、パージ又は中間の洗浄工程を欠いていることが、吸着流出液中に 様々な濃度の脱着剤が存在することの理由の少なくとも一部を構成すると考えら れる。また、脱着剤は固体吸着剤の細孔中の汚染物の場所を取ることによって汚 染物を置換するので、再生された吸着剤床がライン中に戻され、炭化水素供給原 料の供給物流れと再び接触するとき、その吸着剤床から流出する初期流出液流れ はいくらかの量の脱着剤を含むと考えられる。これは蒸留のような従来的方法に よって精製された線状パラフィン生成物から分離できる。このようにして分離さ れた脱着剤は、所望により、脱着段階に再循環してもよく、再循環の前に脱着剤 の所望の組成を達成するために脱着剤に水を添加してもよいし、或いは脱着剤か ら水を除去してもよい。
これに関連して、本発明によれば、吸着剤床からの流出液中の脱着剤の濃度は、 プロセス温度、空間速度、及び供給物の不純物濃度によって影響を受けることが 判明した。特定の理論によって縛られることは望まないが、吸着供給物中の供給 物の芳香族不純物の濃度は吸着流出液中の脱着剤の濃度と強い相関があることが 判明したので、供給物の不純物濃度は吸着流出液中の脱着剤の濃度に特に強い影 響を与えると考えられる。
脱着剤は脱着工程後生なくとも1種の汚染物から分離されるのが好ましく、そし て脱着剤は脱着工程に再循環される。脱着剤は、蒸留のような従来方法によって 、少なくとも1種の汚染物から分離できる。
或いは、共に所有され、共に出願中の、標題が「線状パラフィンの精製方法のた めの改良された再循環(IMPROVED RECYCLE FORPROCE SS FORPURIFICATIONOF LINEARPARAFFINS )J (Atty Dkt No、: P9467)であって、その開示の全て が本明細書中に引例として組み入れられている、本願の発明者の名前で、本願と 同日、即ち、1990年10月23日出願の出願に開示されているように、吸着 からの流出液と脱着再循環物を供給物流れに再循環してもよい。
本発明による線状パラフィンの精製方法においては、吸着及び脱着工程は完全に 液相で実質的に一定の温度で行われる。このことは、従来技術に見られるような 液相と気相の間の交換に伴う、装置への高いストレスを含む、時間とコストを無 くす。また、本発明の方法は非極性脱着剤を使用するが、これは広く入手可能で あり、安価で、固体吸着剤から置換するのも生成物から分離するのも容易である 。非極性脱着剤の使用は、さらに、脱着工程の後でかつ固体吸着剤床を再び炭化 水素供給物流れと接触させる前に、固体吸着剤床を洗浄したり、パージしたり、 又はその他の処理を施す必要性を無くす。さらに、吸着及び脱着工程は向流で行 われる。向流技術の使用は脱着剤のより効率的な使用をもたらし、従って、改善 された吸着ももたらす。また、吸着工程は下向きの流れで行われ、これによって 有害な密度勾配に関連した逆混合を無くせる。上向きの吸着中には比較的密度の 大きいトルエンが固体吸着剤から比較的軽いパラフィン供給物流れによって置換 されるので、逆混合が生じる可能性がある。
さらに、上向きの向流で脱着を行っている間比較的低い質量速度を使用すること によって、床の持ち上がりに対する懸念が大幅に減少できる。本発明による方法 の経済的効率が、炭化水素供給物と脱着剤の回収と再循環について切り替え可能 な再循環方法を使用することによって、大幅に改善できることも判明した。また 、窒素シールを使用して酸素を含まない条件下に全プロセスが行われる。
これによって、酸素が炭化水素流れ及び脱着剤流れに導入されるのが防がれるが 、そうしなければ、供給物の炭化水素成分の酸化劣化が生じ、その結果望ましく ない副生成物が形成する。
本発明の目的に関して、本発明の方法は、吸着と脱着の間の適切なサイクル時間 を決定する方法を提供するために、炭化水素供給物流れの組成を監視するための 分析的フィードフォワード技術、例えば、特許出願U、 S、 S、 N。
07/238.854において使用されているような超臨界クロマトグラフィー (SFC)の代わりに、又はそれに加えて、吸着床の流出液中の脱着剤の濃度を 監視することによるフィードバック制御方法を使用する。
この目的のために使用されるフィードフォワードモデルは以下の式によって定義 できる。
サイクル時間(時間) =[転化ファクター×シーブ能力(lbs、 / lb、 ) x吸着剤中のシ ーブ材料の量(lbs、) ] / [芳香族濃度(%)X供給物密度(lbs 、 /ft、 3) x供給速度(バレル7日)]典型的サイクル時間は以下の ように決定される。
ここで、供給物流れの芳香族濃度はSFCを使用して分析される。
本発明の方法は、固体吸着剤床に投入される初期炭化水素投入物中に存在する線 状パラフィンの95%を単一の吸着/脱着サイクルで回収することを、加熱、冷 却、洗浄、パージ、又は液/気相交換に頼ることなく、可能にする。この効率の 程度を以下の本明細書中においては、「ワンスルーパラフイン回収(one−t hrough paraffinrecovery) jと呼ぶ。
本発明による方法は、それを全体にわたる炭化水素の処理及び精製操作にどのよ うに適合させるかを理解することによってより完全に理解できる。
初期の工程においては、全範囲のケロシン炭化水素供給物流れが線状パラフィン 分離プロセスによって処理される。この供給物流れは典型的には小割合、例えば 、8〜30%の線状パラフィンしか含まず、流れの残りはイソ及びシクロパラフ ィン、芳香族、及びヘテロ原子含有化合物から成る。
部分的に精製された線状パラフィン生成物は芳香族化合物及びヘテロ原子含有化 合物によって汚染されているが、これが本発明による方法における供給物流れに なる。
本発明による吸着流出液流れのフィードバック監視を考慮すると必要ではないが 、吸着サイクルの長さに影響を与える供給物中の芳香族の濃度を、所望により、 前述の超臨界流体クロマトグラフィー(5FC)を使用して測定できる。好まし い実施態様として、フィードフォワードとフィードバックの組み合わせを使用で きる。
本発明による方法は、サイクル方式で運転される固体吸着剤の2つの固定吸着剤 床を含み、それによって1つの床が吸着を行っている間他方の床は脱着されてい る。
このプロセスを開始する前に、吸着剤床を窒素でシールして酸素を含まない環境 を作るのが好ましい。これによって、酸素が炭化水素流れに導入されるのが防が れるが、そうしなければ、供給物の炭化水素成分の酸化劣化が生じ、その結果望 ましくない副生成物が形成する。吸着を行っている吸着剤床が、吸着流出液中の 芳香族濃度に対する限界値によって測定して、そのサイクルの終りに達したとき 、吸着剤床は切り替えられる。この切り替えはプログラム可能なコントローラー と遠隔操作バルブを使用して行うことができる。典型的な吸着サイクルは約4時 間乃至約17時間続くが、供給速度、供給物中の芳香族濃度、固体吸着剤の使用 時間、及び使用される吸着剤の量のような変動要素によってかなり変化する可能 性がある。
本発明の発明的フィードバック制御系が使用されるのはこの段階である。本発明 のフィードバック制御系は吸着床からの流出液中の脱着剤の濃度を監視すること を含むメカニズム又は技術を使用する。
ここで、第1図を参照すると、精製される炭化水素供給原料1は供給タンク2に 導入される。供給タンク2から、芳香族化合物、窒素含有化合物、硫黄含有化合 物、酸素含有化合物、着色体、及びそれらの混合物から成る群から選択される少 なくとも1種の不純物を含む炭化水素供給原料の液体供給物流れが、供給ドラム 4に導入され、その後、2つの吸着剤床5a及び5bのうちの1つに導入される 。典型的には、供給原料は、ケロシン沸点範囲の芳香族の約2.0%に加えて、 98.0%のC+o−C19線状パラフインを含む。吸着剤床5a及び5bは、 13Xゼオライトモレキユラーシーブを含み、これはシーブ上にトルエンを通す ことによって脱着されている。従って、予め同定された供給原料が導入されると き、ある量のすきまの(interstitial) トルエンが吸着剤床中に 残留しているだろう。従って、吸着サイクルの開始時には、予め同定されたパラ フィン供給物が吸着剤床に入り、容積測定的にすきまのトルエンを置換し、吸着 サイクル流出液は置換されたすきまのトルエンに加えて予め同定された線状パラ フィン物質を含むが、そこからは吸着剤床によって不純物が除去されている。吸 着サイクル流出液6はその後生成物タンク7に送られる。再循環流れ13は、す きまのトルエンの大部分を含む初期吸着流出液であり、脱着剤回収塔供給タンク に再循環できる。本発明は再循環流れ6と再循環流れ13との間の最適な切り替 え時間を監視するのにも有用であることは注目されるべきである。吸着剤床5a 及び5bが不純物で飽和されたとき、脱着サイクルを開始する。そうする間、適 切に、トルエンのような脱着剤が向流方式で吸着剤床5a又は5bに導入される 。脱着剤は初め固体吸着剤の細孔中の不純物の存在している場所を取ることによ って不純物を置換し、置換された不純物は脱着剤9との混合物として不純物タン ク10に送られる。不純物が吸着剤床から置換される前に、脱着剤はすきまの炭 化水素供給原料子を置換し、線状パラフィンとトルエン11を含む得られた混合 物は供給ドラム4に再循環される。
本発明のフィードバック制御メカニズムは、吸着流出液流れ6中の脱着剤、即ち 、トルエンの濃度を監視すること、及びこの濃度を吸着剤床5a及び5bに供給 される供給物流れ中に存在するトルエン濃度と比較すること、及び、吸着サイク ルで運転中の吸着剤床に含まれている吸着剤物質が不純物で実質的に飽和された と判定されたとき、これらの吸着剤床の運転を適当な間隔で切り替えることを含 む。
第2図に示されているように、吸着剤流出液中のトルエン濃度は、吸着剤床5a 又は5b中の吸着剤物質が不純物をさらに吸着する能力を保持している限りは、 吸着剤床5a及び5bへの供給物流れ中の全芳香族濃度、即ち、芳香族不純物と トルエン脱着剤の合計に等しい濃度で高い水準(プラトー濃度)を示している。
吸着剤流出液中の不純物濃度が上昇しはじめると(それによって吸着剤が飽和し たことがしめされる)、トルエン濃度は低下しはじめる。
トルエン又は類似の脱着剤物質を追跡するためには、オンライントルエン分析器 、即ち、ガスクロマトグラフィー(GC)12を吸着剤流出液流れ6のラインと 運転可能なように接続する。オンラインガスクロマトグラフィー(GC)(これ はそうでなければ従来的分析装置の一つ)は吸着剤流出液流れ中のトルエンのプ ラトー濃度をリアルタイムで測定する。トルエンのプラトー濃度が決定されると 、トルエン濃度のプラトー濃度より低い濃度への低下はオンラインガスクロマト グラフィー(G C)によって検出できる。トルエン濃度がプラトー濃度より下 がると、これは吸着剤が飽和しはじめたことを示す。この現象は本明細書に第2 図として添付した実験データのグラフによって示される。トルエンが実質的に消 えたとき、吸着剤は完全に飽和している。吸着剤床からの平均流出液が約100  ppm以下のときに吸着剤床5a及び5bを循環させる、即ち、切り替えるこ とが望ましいので、オンラインガスクロマトグラフィー(G C)をフィードバ ック制御方法として単独で、又はSFCフィードフォワード方法と組み合わせて 使用して、平均の吸着剤流出液不純物濃度を目標の値で維持する。
従って、本発明に従って使用されるフィードバック監視システムは、脱着剤と線 状パラフィンのバックグラウンド中における芳香族不純物の濃度において芳香族 不純物の濃度の変化を検出するのに有効な方法であることが判明した。また、こ のフィードバック監視システムは、吸着剤流出液中の脱着剤濃度が監視され、必 要に応じて、吸着剤床5a又は5b中の吸着剤物質が飽和され吸着剤床を吸着サ イクルから脱着サイクルに循環させる、即ち、切り替えることのできるときを決 定するのに使用される点で、線状パラフィンの連続精製方法に特に適することが 判明した。本発明によれば、本発明のフィードバック制御システムは、吸着剤流 出液中に現れる脱着剤の濃度を監視し、その他の流出液の変動は監視せずに、こ の目的を達成する。別法として、又は追加として、所望により、スリップストリ ームを吸着剤床5a又は5bから集めて、分析することができる。
前述したように、パージ又は中間の洗浄工程を欠いていることが、吸着剤流出液 中にある濃度の脱着剤が存在することの理由の少なくとも一部になっていると考 えられる。
吸着工程からの精製された線状パラフィン流出液は分別塔に送られ、そこで、軽 ゛質のパラフィンと残留トルエンが除去される。
分別中に、精製された線状パラフィン流出液中に存在する残留脱着剤は液体蒸留 物として除去される。軽質パラフィンとトルエンの混合物は塔から液体側流とし て取り出され、一方、より重質のパラフィン残液生成物は最終生成物に分離する ために先に送られる。
脱着工程からのトルエン流出液流れはトルエン回収塔に送られる。この塔からの 塔頂留出物のトルエン生成物は、脱着工程で使用するために、加熱して固体吸着 剤床に再循環させることができる。この塔の残液生成物は冷却して、線状パラフ ィン分離プロセスに再循環させてもよい。
回収塔に入る前に、汚染されたトルエンを貯蔵タンクに送ることができ、このタ ンクは分別塔の塔頂からの再循環トルエンも受け入れることができ、組み合わさ れたトルエンを回収と再循環から逃れたトルエンに置き換えるのに使用できる。
この貯蔵タンクは、そこに送られる様々な流れを混合して一定の組成の出力流れ を提供するのにも使用できる。
要するに、固体吸着剤床の脱着に使用されたトルエンは再循環できる。しかしな がら、06〜C8範囲の軽質パラフィンは分別によってトルエンから分離するの が非常に難しいので、これらのパラフィンは再循環された脱着剤中に蓄積してい く傾向がある。この蓄積は脱着剤再循環物からパージされた流れを除去すること によって制御でき、それによって脱着剤中の軽質炭化水素成分不純物の存在を約 5%に制限する。
固体吸着剤床は吸着工程の終りには供給物流れで満たされているから、その後の 脱着工程からの初期脱着流出液流れは大部分が残留パラフィンから成るだろう。
本発明による方法の特に重要な特徴は、初期脱着流出液の再循環物をこの方法の 供給物に供給することによってこれらのパラフィンを回収する点にある。脱着剤 がこの流出液中に現れ始めたとき、この流出液をトルエン回収塔に送ることがで きる。この方法によって、本発明によらなければトルエン回収塔の残液として捨 てられる多量のパラフィンが回収でき、それによって、改良された単流(one −through)パラフィン回収方法が得られる。
再循環される初期脱着サイクル流出液は微量のトルエンを含む可能性があり、こ れは供給物流れ中のトルエン濃度を約5.0%までにするが、約0.1以下乃至 約0.5%の濃度範囲が好ましい。このような濃度では、トルエンはただ単に供 給物流れ中のもう1つの芳香族不純物として振る舞う。
同様に、固体吸着剤床は脱着工程の終りには実質的にトルエンで満たされている ので、その後の吸着サイクルからの初期流出液は主に残留トルエンから成るだろ う。
従って、本発明による方法においては、この初期吸着流出液流れはトルエン回収 塔に送られ、そこでのトルエンの回収と再循環を可能にする。吸着流出液のパラ フィン含有率が上昇し始めたら、吸着流出液流れは保持タンクに送られ、そこか ら分別塔に送られる。これは、分別塔への分別装入量を減少させるという特に貴 重な効果を有する。
本発明の方法によって、芳香族化合物の濃度が約10%のような高い供給原料に おける含有率から約ioo wppm以下、及びさらに約50 wppm以下の 生成物における含有率まで減少した線状パラフィン生成物が得られる。
本発明は本発明の方法によって製造された精製された線状パラフィン生成物も含 む。この精製された線状パラフィン生成物は少なくとも約98.5重量%の純度 を有することができ、約80 wppm以下の芳香族、約1 wppm以下の窒 素含有化合物、約0.1vppm以下の硫黄含有化合物、及び約10 wppm 以下の酸素含有化合物しか含まない。精製された線状パラフィン生成物中に存在 する芳香族化合物の量が約10 vppm以下になることも可能であり、精製さ れた線状パラフィン生成物の純度が約99.7重量%以上になることも可能であ る。
精製された線状パラフィン生成物中に存在する芳香族化合物の量が約10 wp pm以下になることも可能である。
最後に、本発明は少なくとも約98.5重量%の純度を有する精製された線状パ ラフィンをもたらし、この生成物は、約30 vppm以下の芳香族、約1 w ppm以下の窒素含有化合物、約0.I Wpl)!1以下の硫黄含有化合物、 及び約10冒ppm以下の酸素含有化合物しか含まない。精製された線状パラフ ィン中に存在する芳香族の量が約1101pp以下になることも可能であり、精 製された線状パラフィン生成物の純度が約99.7重量%以上になることも可能 である。
精製された線状パラフィン中に存在する芳香族化合物の量が約10 WpI)I 11以下になることも可能である。同程度の精製が硫黄含有不純物と窒素含有不 純物についても得ることができる。炭化水素供給原料は約20 wppmまでの 硫黄と約300 wppmまでの窒素含有炭化水素を含むことが有り得るが、精 製された生成物は0.1 wppm未満の硫黄含有化合物、1 wppm未満の 窒素含有化合物、及び約10 vppm以下のフェノール類しか含まない。
本発明による方法を実施することによって実現される利点は、固体吸着剤に投入 される初期供給原料中に存在する線状パラフィンの95%が単一の吸着/脱着サ イクルで回収されるという事実において、最も簡単に記載され、そして最も劇的 に明らかである。この回収は、洗浄、パージ、加熱、冷却、液/気相交換、或い はその他の複雑な手段に頼ることなく達成される。
本発明による方法は以下の実施例を参照することによってさらに理解できる。こ れらの例は、当然、本発明を例示するためのみのものであり、決して限定するた めのものではない。
実施例 ここで、再び、本発明による方法の一般的流れ図に関して第1図を参照すると、 1.0%のm−ジイソプロピルベンゼンを含む99.0%のC1□〜CI6線状 パラフインを含む供給物を、250 ’F及び0.1の空間速度で、長さ96イ ンチ、直径2.6インチの、11.0ポンドの13Xゼオライトモレキユラーシ ーブを含む吸着剤床と接触させたが、この吸着剤シーブ物質はトルエンを通すこ とによって脱着されていた。すきまのトルエンが吸着剤床中に残留していた。供 給物が吸着剤床に導入されるとき、吸着サイクルの開始時には、パラフィン供給 物が吸着剤床に入り、容積測定的にすきまのトルエンを置換する。すきまのトル エンが置換されると、吸着流出液中において測定されるトルエン濃度が上昇し始 める。その後、トルエン濃度はプラトー濃度まで低下するが、これは主に供給物 中の芳香族不純物の濃度によって影響を受ける。この例においては、トルエンの プラトー濃度は1.0%であり、吸着剤床に導入される炭化水素供給物流れ中の 芳香族濃度に対応する。
トルエンがプラトー濃度である限りは、吸着剤床中の吸着剤物質が供給原料から 芳香族不純物を依然として除去し続けていることを示す。しかしながら、トルエ ン濃度がプラトー濃度より低くなり始めたら、これは、いくらかの供給物の芳香 族が吸着剤上に吸着されなくなり、従って、このプロセスにおけるトルエン脱着 剤が遊離されなくなったこと、及び吸着剤床を脱着サイクルに切り替える(又は 循環させる)時間が近付いたことを示す。
第2図のグラフから分かるように、吸着剤流出液中の脱着剤濃度は、約100% から、供給物中の芳香族不純物の濃度と関係するプラトー濃度まで急速に低下す る。脱着剤濃度がプラトー濃度より下がると、芳香族のブレークスルーが吸着剤 流出液中で起こっており、これは吸着剤床を脱着サイクルに切り替えることが必 要になったことを示す。
本発明は本明細書中において特定の手段、方法、及び物質を参照して説明されて いるが、本発明はそれらによって限定されるものではなく、本発明の実施に適す る全てのその他の手段、方法、及び物質に拡張されることを当業者は理解するだ ろう。
生成物中の重量% 補正嘗の写しく翻訳文)提出書(特許法第184条の8)

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 1.線状パラフィン、及び芳香族化合物、窒素含有化合物、硫黄含有化合物、酸 素含有化合物、着色体、及びそれらの混合物から成る群から選択される少なくと も1種の不純物を含む炭化水素供給原料の精製方法であって、 a)前記炭化水素供給原料を含む液体供給物流れを吸着剤床中の脱着剤を含む吸 着剤と、前記吸着剤によって前記少なくとも1種の不純物を吸着させて精製され た炭化水素供給原料とある量の前記脱着剤を含む吸着サイクル流出液を生成する のに適する温度、空間速度、及びサイクル時間を含む条件下で、接触させる工程 、 b)前記吸着サイクル流出液中の脱着剤の量を監視して前記供給物流れ中の前記 少なくとも1種の不純物の濃度に対応する脱着剤のプラトー濃度を決定する工程 、及び c)脱着剤の量が脱着剤のプラトー濃度よりも降下したことが検知され、それに よって前記少なくとも1種の不純物のブレークスルーが吸着サイクル流出液中に おいて生じていること及び吸着剤が前記少なくとも1種の不純物で実質的に飽和 され不純物で充填された吸着剤がもたらされたことが示されるまで、工程b)の 監視を継続する工程、 を含む方法。
  2. 2.少なくとも1種の不純物が芳香族化合物を含む、請求項1の方法。
  3. 3.芳香族化合物が供給物流れ中に約0.1乃至約10.0重量%の濃度で存在 する、請求項2の方法。
  4. 4.香族化合物が、アルキル置換ベンゼン、インダン、アルキル置換インダン、 ナフタレン、テトラリン、アルキル置換テトラリン、ビフェニル、アセナフテン 、及びそれらの混合物から成る群から選択される、請求項3の方法。
  5. 5.工程a)の接触を約20乃至約250℃の運転温度で行う、請求項2の方法 。
  6. 6.工程a)の接触を約0.1乃至約2.5WHSVの重量空間速度で行う、請 求項2の方法。
  7. 7.不純物を充填した吸着剤を脱着剤と、約0.1乃至約2.5WHSVの脱着 剤の重量空間速度で接触させて、脱着剤を含む脱着された吸着剤を得る工程d) をさらに含む、請求項2の方法。
  8. 8.脱着剤がアルキル置換ベンゼンである、請求項7の方法。
  9. 9.脱着剤がトルエンを含む、請求項8の方法。
  10. 10.脱着剤が少なくとも約95%のトルエンを含む、請求項9の方法。
  11. 11.吸着剤が、約6乃至約15オングストロームの細孔サイズを有するゼオラ イトである、請求項8の方法。
  12. 12.工程b)の監視が、ガスクロマトグラフィー法を使用して、吸着サイクル 流出液を分析することを含む、請求項11の方法。
  13. 13.超臨界流体クロマトグラフィー法を使用して、炭化水素供給原料を含む液 体供給物流れを分析して、工程a)の接触を自動的に制御するためのサイクル時 間を決定することをさらに含む、請求項12の方法。
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