JPWO2006120898A1 - 低硫黄分解ガソリン基材の製造方法および無鉛ガソリン組成物 - Google Patents

低硫黄分解ガソリン基材の製造方法および無鉛ガソリン組成物 Download PDF

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Abstract

本発明は、十分な運転性能を確保しつつ、硫黄分を低減した無鉛ガソリン組成物およびその製造方法、さらに、かかるガソリン組成物の調製に好適な低硫黄分解ガソリン基材の製造方法を提供することを課題とする。本発明の低硫黄分解ガソリン基材の製造方法は、分解ガソリン留分を分留する工程A、工程Aで得られた重質分解ガソリン留分を水素化脱硫する工程B、工程Aで得られた軽質分解ガソリン留分及び/又は工程Bで得られた硫黄分が低減された重質分解ガソリン留分のそれぞれ全量あるいは一部を、収着脱硫する工程C、前記工程A〜Cによって得られた分解ガソリン留分を混合して特定の硫黄分及びオクタン価を有する低硫黄分解ガソリン基材を得る工程Dを含むことを特徴とする。

Description

本発明は、環境への影響を低減した低硫黄分解ガソリン基材の製造方法、および無鉛ガソリン組成物に関する。
接触分解や熱分解等、重質な石油留分を分解することによって製造される分解ガソリン留分は、他のガソリン基材に比べ経済的に製造でき、リサーチ法オクタン価(RON)が比較的高いオレフィン分に富むという利点があるため、無鉛ガソリン組成物の基材として用いられている。しかし、分解ガソリン留分は、硫黄分を多く含むため、分解ガソリン留分を多く配合したガソリン組成物を燃料として用いると、NOx吸蔵型等のガソリン自動車排気ガス浄化触媒を有効に作用させることができないという問題があった。
分解ガソリン留分に含まれる硫黄分を低減することは、分解ガソリン留分を高圧水素と触媒の共存下で水素化処理するという公知技術で容易に可能である。しかし、その場合は、分解ガソリン留分中に多く含まれ、比較的高いRONをもつオレフィン分が水素化されて基材のRONが低下してしまうため、そのようにして得た水素化処理油を基材として配合した無鉛ガソリン組成物では、十分な運転性能が得られないという問題があった。
例えば、(1)硫黄分200質量ppm以下の接触分解ガソリンをスイートニングした後、硫黄分が20質量ppm以下である軽質留分と残部の硫黄分を含有する重質留分に蒸留分離する工程、(2)重質留分をリサーチオクタン価の低下が3以下、かつ硫黄分が20質量ppm以下となるように水素化脱硫する工程、(3)(1)の工程で得られた軽質留分、(2)の工程で得られた重質留分、および接触分解ガソリン以外のガソリン基材であって硫黄分が10質量ppm以下のガソリン基材を混合して、硫黄分が8質量ppm以下の製品ガソリンを製造する工程、からなる低硫黄分ガソリンの製造方法が提案されている(特許文献1参照)。しかし、この方法では、オレフィンが水添されてパラフィンに変化するため十分なRONを維持して実用性能を確保することはできない。
一方、炭化水素油を、特定の条件下、吸着剤と接触させて硫黄化合物を吸着させる工程と、吸着剤に水素を通気させることにより吸着剤から硫黄化合物を脱離する工程を繰り返すことにより、オレフィンの水素化反応など不要な反応を抑制し、ガソリンの基材となる炭化水素油に含まれる硫黄分を連続的に低減する方法が提案されている(特許文献2参照)。しかしながら、このような吸着剤を用いる方法も、原料油に含有される特定の炭化水素化合物によるせいか、硫黄の吸着能が阻害されて硫黄分を効率よく継続的に低減することができず、必ずしも満足できる方法ではなかった。
特開2003−183676号公報 特開2003−277768号公報
上述したように、硫黄分を低減し、かつ十分なRONを維持して実用性能を確保した無鉛ガソリン組成物の製造方法は未だ確立されていない。本発明は、このような状況下で、十分な運転性能を確保しつつ、硫黄分を低減した低硫黄分解ガソリン基材の製造方法、さらに、その低硫黄分解ガソリン基材を用いた無鉛ガソリン組成物を提供することを課題とする。
本発明者等は、上記課題を解決するために鋭意研究した結果、分解ガソリンを分留し、各留分に対し、水素の存在下でモリブデンまたはタングステンを含む触媒と接触させる処理と、水素の存在下でニッケルと亜鉛を含む脱硫剤による処理を適切に組み合わせて脱硫することで、オクタン価のロスを最小限にしながら分解ガソリン基材の硫黄分が低減できることを見出しこの発明に至った。
すなわち、本発明は、
(1) 分解ガソリン留分を分留して、軽質分解ガソリン留分と重質分解ガソリン留分とを得る分留工程(工程A)、
工程Aで得られた重質分解ガソリン留分を水素の存在下でモリブデン及び/又はタングステンを含む触媒と接触させて硫黄分を低減する水素化脱硫工程(工程B)、
工程Aにて得られた軽質分解ガソリン留分及び/又は工程Bにて得られた硫黄分が低減された重質分解ガソリン留分の全量あるいは一部を水素の存在下でニッケルと亜鉛を含む多孔質脱硫剤と接触させ、硫黄分を5質量ppm以下に低減する収着脱硫工程(工程C)、
前記工程A〜Cによって得られた分解ガソリン留分を混合して硫黄分12質量ppm以下、リサーチ法オクタン価85.0以上である低硫黄分解ガソリン基材を得る混合工程(工程D)
を含む
ことを特徴とする低硫黄分解ガソリン基材の製造方法である。
工程A及び工程Bを経た段階で、次式(1)で表される予備脱硫制御係数αが12〜30である
α=(LW×LS+HW×HS)/100 (1)
(式中、LWは工程Aにて分留された軽質分解ガソリンの割合(容量%)、LSは工程Aにて得られた軽質分解ガソリン中の硫黄分(質量ppm)、HWは工程Aにて分留された重質分解ガソリンの割合(容量%)、HSは工程Bにて得られた重質分解ガソリン中の硫黄分(質量ppm)を示す。)ことが好ましい。
本発明の低硫黄分解ガソリン基材の製造方法は、工程Aに供給する分解ガソリン全量に対し、工程Cに供給して処理する割合が20容量%以上、90容量%以下であることが好ましい。
また、工程Bまたは工程Cの前に、分解ガソリン留分の全量または一部を水素の存在下で、周期律表第8属元素から選ばれる少なくとも1種の金属を含む触媒と接触させてジエン低減処理を行うジエン低減処理工程(工程E)を含むことが好ましい。
さらに、工程Aの前に、あるいは工程Aの分留工程と同時に分解ガソリン留分に含まれる硫黄化合物の分子量を大きくする前処理工程(工程F)を含むことが好ましい。
また、本発明は、上記の方法によって製造された低硫黄分解ガソリン基材を30容量%以上含有し、リサーチ法オクタン価が89以上、硫黄分10質量ppm以下、ドクターテストが陰性、銀板腐食が1以下である無鉛ガソリン組成物である。
さらに、リサーチ法オクタン価が92以上、硫黄分10質量ppm以下、ドクターテストが陰性、及び銀板腐食が1以下である無鉛ガソリン組成物であることが好ましい。
接触分解ガソリン留分や熱分解ガソリン留分等の各種の分解ガソリン留分には、高オクタン価のオレフィンが多く含まれる。本発明は、モリブデンまたはタングステンを含む触媒による水素化脱硫と、水素の存在下でニッケルと亜鉛を含む多孔質脱硫剤による処理を適切に組み合わせることで、オレフィンのロスを最小限にしながら分解ガソリンの硫黄分を低減することが可能である。また、オレフィンのロスが最小限であることからオクタン価もほとんど減少しないので、オクタン価などの性状をほとんど変えることなく硫黄分だけを12質量ppm以下まで減じることが可能である。
〔分解ガソリン留分〕
本発明の低硫黄分解ガソリン基材の製造方法における分解ガソリン留分とは、石油留分、石油精製プロセス油、石油化学プロセス油、石炭液化油、オイルサンド、オイルシェール、ポリオレフィン類、プラスチック類、廃プラスチック等の炭化水素類を分解して得られる、より分子量の小さい炭化水素化合物であり、おおよそ炭素数が4以上で沸点が250℃以下の範囲の留分を指す。分解ガソリン留分を得るためのプロセスとしては、接触分解プロセスや熱分解プロセスが代表的なものとして挙げられる。
ガソリン、灯油、軽油等の炭化水素化合物を分解して、エチレンやプロピレン等のオレフィン類を得るためのクラッキングプロセスから副生するおおよそ炭素数が4以上で沸点が250℃以下の範囲の留分や、軽油や潤滑油に含まれるノルマルパラフィン化合物を選択的に分解して、低温流動性を改善する接触脱蝋プロセスから得られる脱蝋ガソリン留分なども本発明の分解ガソリン留分として用いることができる。
また、本発明では上記の各種の分解プロセスで得られる分解ガソリン留分を2種以上組み合わせて用いてよい。
本発明の低硫黄分解ガソリン基材の製造方法における分解ガソリン留分としては接触分解ガソリン留分を好ましく用いることができる。接触分解ガソリン留分を製造するプロセスは、接触分解装置、原料油、運転条件を特に限定するものでなく、公知の任意の製造工程を採用できる。接触分解装置は、無定形シリカアルミナ、ゼオライトなどの触媒を使用して、軽油から減圧軽油までの石油留分のほか、重油間接脱硫装置から得られる間脱軽油、重油直接脱硫装置から得られる直脱重油、常圧残さ油などを接触分解して高オクタン価ガソリン基材を得る装置である。接触分解の原料油は、好ましくはその硫黄分が8000質量ppm以下、特に好ましくは4000質量ppm以下、より好ましくは2000質量ppm以下、さらには1000質量ppm以下、特には500質量ppm以下に水素化精製などにより低減した留分を用いる。接触分解方法として具体的には、例えば、UOP接触分解法、フレキシクラッキング法、ウルトラ・オルソフロー法、テキサコ流動接触分解法などの流動接触分解法、RCC法、HOC法などの残油流動接触分解法などがある(石油学会編、石油精製プロセス、p.125、講談社サイエンティフィク(1998))。
また、本発明の低硫黄分解ガソリン基材の製造方法において好ましく用いられる分解ガソリン留分として重質油熱分解ガソリン留分も用いることができる。重質油熱分解ガソリン留分とは、重質油留分に熱を加えて、ラジカル反応を主体にした反応により得られるおおよそ炭素数が4以上で沸点が250℃以下の範囲の留分で、例えば、ディレードコーキング法、ビスブレーキング法あるいはフルードコーキング法等により得られる留分をいう。
〔分留工程(工程A))
分解ガソリン留分、特に、接触分解ガソリン留分は、軽質な留分中にRONの高いオレフィン化合物を比較的多く含むが、硫黄分を多くは含まない。これに対して、重質な留分中には、硫黄分を比較的多く含むが、RONの高いオレフィン化合物を多くは含まない。したがって、分解ガソリン留分、特に、接触分解ガソリン留分を無鉛ガソリン組成物の基材として有効利用するためには、基材とする軽質分解ガソリン留分に含まれる硫黄分が十分に低くなるように分留することが好ましい。例えば、硫黄分が20質量ppm以下、特には10質量ppm以下となるよう分留する。このようにして得られた軽質分解ガソリン留分は、後述する工程Bのような高圧の水素存在下で水素化脱硫触媒と接触させる水素化脱硫工程を実施する必要がなく、そのためRONの高いオレフィン化合物が水素化されないので、軽質分解ガソリン留分のRON低下を回避することができる。無鉛ガソリン組成物への基材配合の自由度を高めるために、軽質分解ガソリン留分と重質分解ガソリン留分の少なくとも一方をさらに分留し細分化して、分解ガソリン留分を3つ以上の留分に分留しても構わない。そして、硫黄分を比較的多く含有する重質分解ガソリン留分に対しては、後述する水素化脱硫工程(工程B)を実施する。これにより、後述する収着脱硫工程(工程C)への負荷が低減でき、経済的に脱硫を行うことができる。
分留された軽質分解ガソリン留分の好ましい性状は、5%留出温度が35〜55℃、特には40〜50℃、95%留出温度が65〜125℃、特には75〜115℃であり、硫黄分が1〜50ppm、特には5〜20ppm、オレフィン分が30〜70容量%、特には40〜60容量%である。重質分解ガソリン留分は、軽質分解ガソリン留分よりも重質な留分であり、通常、軽質分解ガソリン留分よりも硫黄分が高く、オレフィン分が低い。分留された重質分解ガソリン留分の好ましい性状は、5%留出温度が80〜170℃、特には95〜160℃、95%留出温度が175〜215℃、特には190〜220℃であり、硫黄分が20〜500ppm、特には50〜300ppm、オレフィン分が1〜35容量%、特には5〜25容量%である。
分留工程は、接触分解プロセスなどの分解プロセスから得られた分解ガソリン留分を分留するものであるが、分解プロセスの最終段階に含まれる分留工程から、直接に軽質分解ガソリン留分と重質分解ガソリン留分を得ることもできる。
〔水素化脱硫工程(工程B)〕
工程Bは、工程Aで得られた重質分解ガソリン留分と水素化脱硫触媒とを高圧水素の存在下で接触させて、硫黄分を硫化水素として分離し、水素化脱硫する工程である。重質分解ガソリン留分は、比較的多量に硫黄分を含有しているので、低硫黄のガソリンを供給するには、重質分解ガソリン留分は通常全て水素化脱硫するが、その大部分、具体的には80容量%以上、特には90容量%以上を水素化脱硫することが好ましい。水素化脱硫工程により、重質分解ガソリン留分の硫黄分は5〜50ppm好ましくは10〜30ppmとすることができる。
水素化脱硫触媒は、モリブデン及び/又はタングステンを含み、好ましくは、アルミナなどの無機多孔質担体にモリブデンまたはタングステンを担持したものである。水素化脱硫触媒は、モリブデンとタングステンの含有量は合計で2〜20質量%、特には5〜15質量%が好ましい。含有量は、触媒に含まれる金属元素の質量%で規定される。触媒が含むモリブデンまたはタングステン以外の成分元素に特に制約はないが、含ませてよい好ましい成分として、コバルト、リン、カリウム、炭素、窒素などが挙げられる。コバルトの含有量が0.5〜10質量%、特には1〜5質量%が、リンの含有量が0.2〜10質量%、特には0.5〜5質量%であることが好ましい。通常、触媒は硫化処理を行なった後に用いられる。
好ましい反応条件は、反応温度150〜350℃、反応圧力0.1〜4.0MPa、液空間速度(LHSV)1.0〜10h−1、水素/油比50〜1000NL/Lである。特に好ましい反応条件は、反応温度200〜300℃、反応圧力0.5〜2.5MPa、LHSV2.0〜6.0h−1、水素/油比100〜600NL/Lである。なお、本明細書での反応圧力は、ゲージ圧で示す。重質分解ガソリン留分は、RONの高いオレフィン化合物を比較的多くは含まないが、水素化するとオレフィン化合物は、飽和されてRONが低下することがあるから、あまり過酷な条件、オレフィン分が20%以上、さらには10%以上、特には3%以上低下するような条件下の運転は好ましくない。
工程Bでは、水素化脱硫によって生成する硫化水素と分解ガソリンに通常含まれるオレフィン分が反応しチオール類が生成するが、ガソリン中にチオール類が含まれるとガソリン車の部材腐食や悪臭の原因となり好ましくない。工程Bを経た分解ガソリン中のチオール類は、後述する工程Cを経ると除去されるが、工程Cを経ない場合にはチオール類を除去することが好ましい。この除去方法について特には限定しないが、酸化型のスイートニングに代表されるチオール類をジスルフィドに転化する方法により、チオール類を除去することが好ましい。さらに、重質分解ガソリン中に含まれるチオール類は、通常炭素数が5〜10程度であり、炭素数が大きいチオールでも除去出来る酸化型スイートニングプロセスの適用が好ましい。具体的には、NPRA 2000 Annual Meeting AM-00-54記載のMERICAT-IIプロセスなどが挙げられる。このようなスイートニングの詳細は硫黄化合物の分子量を大きくする方法として後述する。他の除去方法としては、無鉛ガソリン組成物中のチオール類硫黄分が2質量ppm以下、さらには1質量ppm以下となるよう、ガソリン基材中のチオール類を予め減じておくことが好ましい。
〔収着脱硫工程(工程C)〕
本発明においては、工程A及び工程Bを実施した後、水素の共存下でニッケルと亜鉛を含む脱硫剤と、工程A及び工程Bで得られた各種の分解ガソリン留分、すなわち工程Aで得られた軽質分解ガソリン留分と重質分解ガソリン留分および工程Bで得られた重質分解ガソリン留分の内少なくとも一つの留分のそれぞれ全量または一部とを接触させ、硫黄分を5質量ppm以下、好ましくは1質量ppm以下まで脱硫する収着脱硫工程(工程C)を実施する。
なお、工程A及び工程Bを経た段階で、次式(1)で表される予備脱硫制御係数αは12〜30が好ましく、より好ましくは13〜20である。
α=(LW×LS+HW×HS)/100 (1)
式中、LWは工程Aにて分留された軽質分解ガソリン留分の割合(容量%)、LSは工程Aにて得られた軽質分解ガソリン留分中の硫黄分(質量ppm)、HWは工程Aにて分留された重質分解ガソリン留分の割合(容量%)、HSは工程Bにて得られた重質分解ガソリン留分中の硫黄分(質量ppm)を示す。軽質分解ガソリン留分の割合、重質分解ガソリン留分の割合は、工程Aで分留される分解ガソリンの容量100容量%に対する割合である。工程Aにて分留された重質分解ガソリン留分の割合HWは、10〜80容量%特には25〜60容量%が好ましい。
これにより、適度に脱硫しながら必要以上に水素化することがないためRON低下を最小限にコントロールすることができ、経済的に脱硫を行うことができる。予備脱硫制御係数αが12未満であると、RON低下が大きくなってしまい好ましくない。αが30を超えると、工程Cにおいて原料硫黄濃度が高くなり、ニッケルと亜鉛を含む脱硫剤の寿命が短くなり好ましくない。
水素化脱硫触媒と水素の存在下で、分解ガソリン留分を水素化精製処理し硫黄分5質量ppm以下まで脱硫することは、オレフィンが水素化されて得られるガソリン基材のRONが低下し好ましくない。さらに、水素化脱硫によって生成する硫化水素がオレフィンと反応してチオール類を再生成するため、十分に脱硫処理できないので好ましくない。水素の存在下ニッケルと亜鉛を含む多孔質脱硫剤を用いると有機硫黄化合物から除去される硫黄が脱硫剤上に固定化され、硫化水素を生じないので、オレフィンと反応してチオール類を再生成することがない。
工程Cに使用する原料油としては、工程Aで得られた軽質分解ガソリン留分の全量あるいは一部もしくは工程Bで高圧の水素存在下で水素化脱硫触媒と接触させて得られた重質分解ガソリン留分の全量あるいは一部を用いる。あるいは、それぞれを適宜の割合で混合したものを用いてもよい。
工程Aで得られた軽質分解ガソリン留分を工程Cに使用する場合は、軽質分解ガソリン留分の30〜100容量%を原料油とすることが好ましい。工程Bで得られた重質分解ガソリン留分を工程Cに使用する場合は、重質分解ガソリン留分の30〜100容量%を原料油とすることが好ましい。
工程Aに使用する前の分解ガソリン全量に対し、工程Cにて処理する割合が20容量%以上、90容量%以下、特には25容量%以上、70容量%以下であることが好ましい。工程Cにて処理する割合が20容量%未満だと十分なオクタン価低下の抑制効果が得られない。工程Cにて処理する割合が90容量%を超えると、ニッケルと亜鉛を含む脱硫剤の寿命が短くなり好ましくない。
本発明の多孔質脱硫剤はニッケルと亜鉛を含むものである。本発明におけるニッケルと亜鉛を含む多孔質脱硫剤の製造方法は特に限定されないが、アルミナのような多孔質担体に亜鉛やニッケルなどの金属成分を含浸、担持して焼成する製造方法や、共沈法によって亜鉛やニッケルなどの金属成分を沈殿させてろ過洗浄し、成形、焼成等の工程を経る製造方法が、好ましい方法として挙げられる。ニッケルと亜鉛以外にも、鉄、銅等の他の元素を含んでよい。亜鉛に対するニッケルの元素質量比率は、亜鉛とニッケルの合計元素質量100質量%に対するニッケルの量が好ましくは1〜50質量%、特に好ましくは2〜35質量%以下、さらには5〜30質量%である。ニッケル含有量は脱硫剤総質量に対して、好ましくは33質量%以下であり、さらに好ましくは20質量%以下である。亜鉛含有量は脱硫剤総質量に対して、好ましくは30質量%以上であり、さらに好ましくは50質量%以上であり、特に好ましくは55質量%以上である。ニッケル含有量が50質量%を超えていたり、亜鉛含有量が30質量%未満だったりすると、多孔質脱硫剤の寿命が短くなり好ましくない。ナトリウム含有量は脱硫剤総質量に対して1.0質量%以下が好ましく、さらには0.5質量%以下、さらには0.2質量%以下である。ナトリウムが脱硫剤総質量に対して1.0質量%を超えて含まれると脱硫性能が低下し好ましくない。好ましい脱硫剤は、ニッケル、亜鉛などの金属成分を30〜85質量%、特には50〜80質量%含有する。また、成形、焼成された脱硫剤にさらに金属成分を含浸、担持して、焼成してもよい。脱硫剤は、水素雰囲気下で処理して用いるのが好ましい。脱硫剤の比表面積は、好ましくは30m/g以上、特に好ましくは50〜600m/gである。
本発明の多孔質脱硫剤とは、硫黄収着機能を持った多孔質脱硫剤が好ましい。ここでいう硫黄収着機能を持った多孔質脱硫剤とは、有機硫黄化合物中の硫黄原子を脱硫剤に固定化するとともに、有機硫黄化合物中の硫黄原子以外の炭化水素残基については、有機硫黄化合物中の炭素−硫黄結合が開裂することによって脱硫剤から脱離させる機能をもった多孔質脱硫剤をいう。この炭化水素残基が脱離する際には、硫黄との結合が開裂した炭素に、系内に存在する水素が付加する。したがって、有機硫黄化合物から硫黄原子が除かれた炭化水素化合物が生成物として得られることになる。ただし、硫黄原子が除かれた炭化水素化合物が、さらに水素化、異性化、分解等の反応を受けた生成物を与えることがあっても構わない。収着脱硫において、硫黄は脱硫剤に固定化されるため、水素化精製とは異なり、生成物として硫化水素などの硫黄化合物を発生しない。さらに、硫化水素を発生しないので、リサイクル水素あるいはパージ水素中に硫化水素は含まれず、硫化水素を除去する設備が不要となり、経済的に脱硫できる。
収着脱硫処理は、バッチ式で行っても、流通式で行っても構わないが、脱硫剤を充填した固定床脱硫塔に軽質分解ガソリン留分や重質分解ガソリン留分を流通させて行うことが、脱硫剤と得られる脱硫分解ガソリン留分の分離が簡便にできるので好ましい。脱硫処理における温度は、好ましくは100〜400℃であり、より好ましくは200〜350℃、特に好ましくは250〜350℃である。反応温度が100℃未満であると、脱硫速度が低下し、効率的に脱硫ができず好ましくない。また、反応温度が400℃を超えると、脱硫剤がシンタリングし脱硫容量が低下し好ましくない。脱硫剤と接触させただけでは脱硫されにくいチオフェン類の脱硫を促進するために、水素を共存させる。反応圧力は好ましくは0〜5.0MPa、より好ましくは0〜3.0MPa、特に好ましくは0〜2.0MPaである。反応圧力が5.0MPaを超えると、炭化水素油中に含まれるオレフィン分の水素化が進行しやすくなり、RONが低下する可能性があり好ましくない。
固定床流通式で脱硫剤と分解ガソリン留分を接触させて脱硫処理を行う場合、LHSVは、好ましくは2.0h−1を超え50.0h−1以下であり、より好ましくは2.0h−1を超え20.0h−1以下であり、特に好ましくは2.0h−1を超え10.0h−1以下である。LHSVが2.0h−1以下だと、通油量が制限されたり、脱硫リアクターが大きくなりすぎたりして経済的に脱硫できず好ましくない。LHSVが50.0h−1を超えると脱硫するのに十分な接触時間が得られず、脱硫率が低下してしまい好ましくない。また、水素の存在下、固定床流通式で脱硫剤と分解ガソリン留分を接触させて脱硫処理を行う場合、水素/油比は、好ましくは1〜1000NL/L、より好ましくは10〜500NL/Lであり、特に好ましくは10〜300NL/Lである。水素としては、メタン等の不純物を含んでいてもよいが、水素コンプレッサーが大きくなりすぎないよう、水素純度は50容量%以上が好ましく、さらには80容量%以上、特には95容量%以上が好ましい。水素中に硫化水素などの硫黄化合物が含まれると脱硫剤の寿命が低下するので一定割合以下であるのが好ましい。具体的に水素中の硫黄分は、1000容量ppm以下が好ましく、さらには100容量ppm以下、特には10容量ppm以下が好ましい。
〔混合工程(工程D):低硫黄分解ガソリン基材の調製〕
混合工程(工程D)では、分解ガソリン留分を工程A、工程B、工程Cにて処理し、各工程で得られた基材を混合して、硫黄分12質量ppm以下、RONは85.0以上の低硫黄分解ガソリン基材を調製する。硫黄分は10質量ppm以下が好ましく、8質量ppm以下がより好ましい。RONは、89.0〜93.0が好ましい。また、工程A、工程B、工程Cで得られた各種基材は、その製造量と、低硫黄分解ガソリン基材を調製するこの工程Dでの使用量とが、過不足なく、バランスよく用いられることが、経済的であり、好ましい。
典型的には、工程Aで得られ、工程Cで処理した軽質分解ガソリン留分と、工程Aで得られ、工程Bで処理した重質分解ガソリン留分とを混合する、または、工程Aで得られた軽質分解ガソリン留分と、工程Aで得られ、工程Bで処理し、さらに工程Cで処理した重質分解ガソリン留分とを混合する。工程Aの原料となる分解ガソリン留分のほとんど全量、例えば80容量%以上から得られた各種基材を混合して低硫黄分解ガソリン基材とすることが好ましい。また、工程Dの混合は、ガソリン組成物の調製のための他のガソリン基材との混合である後述のブレンド工程と同時に行なってもよい。
〔ジエン低減処理工程(工程E)〕
本発明の分解ガソリン基材の製造方法では、工程Bもしくは工程Cの前工程で分解ガソリン留分の全量または一部を水素の存在下で、好ましくは、アルミナなどの無機多孔質担体に周期律表第8族元素から選ばれる少なくとも1種の金属を担持した触媒と接触させてジエン価を減少させることが好ましい。分解ガソリン留分は硫黄分を含むので、硫黄分に対する耐性の高いニッケルまたはコバルトを含む触媒が好ましい。触媒が含む第8族元素以外の活性成分元素に特に制約はないが、モリブデン、タングステン、リンは含ませてよい好ましい成分として挙げられる。通常、触媒は硫化処理を行なった後に用いられる。反応条件としては、得られる分解ガソリン留分のジエン価を低下させるが、オレフィンの水素化を著しく進めてRONを著しく低下させることがないように設定する必要がある。
好ましい反応条件は、反応温度が40〜300℃、反応圧力が0〜4MPa、LHSVが1〜10h−1、水素/油比が1〜500NL/Lである。工程Eにより得られる分解ガソリン留分のジエン価は、好ましくは0.5g/100g以下、さらに好ましくは0.3g/100g、特に好ましくは0.1g/100g以下である。ジエン価が0.5g/100gを超えると、工程Bや工程Cにおいて脱硫性能や脱硫剤寿命を大きく損なわせてしまい好ましくない。さらに、工程Eでは、オレフィン分の減少を、好ましくは10容量%以下、特に好ましくは5容量%以下、さらに好ましくは2容量%以下とし、RONの低下を、好ましくは1以下、より好ましくは0.5以下、さらに好ましくは0.3以下、特に好ましくは0.2以下とする。このジエン低減処理の段階では、硫黄分は実質的に低減されない。硫黄分の一部は硫化水素に変換する場合もあるが、これは後続の工程Bもしくは工程Cで脱硫することができることもあり、ジエン低減処理工程に硫化水素の除去設備を設けることは経済的に見合わない。本発明でいうジエン価とは、UOP326−82によって測定されるジエン価を指す。
ジエン価は、触媒と接触分解ガソリンを水素の共存下で接触させ、ジエンをモノオレフィンに転化するか、あるいは、ジエンと共存する硫黄化合物とを反応させスルフィド類に転化させることにより低減される。第8族元素を含む触媒を用い、上述の好ましい反応条件を適用することで、オレフィンの水素化をほとんど抑制できるので、RONを著しく低下させることなく、ジエン価を低下させることができる。
従来から石油精製においては、オレフィン中のジエンを選択的に水素化精製することが行われており、本発明において工程Eとして適用できる。具体的には、IFP Selective Hydrogenationプロセス、Hules Selective Hydrogenationプロセスなどが好ましく用いられる(石油学会編、石油精製プロセス、p.62、講談社サイエンティフィク(1998))。また、本発明においてジエン価を低減する方法として、SHUプロセス(21st JPI Petroleum Refining Conference “Recent Progress in Petroleum Process Technology”, 37(2002))やCD Hydroプロセス(NPRA 2001 Annual Meeting, AM-01-39(2001))も用いることができる。
〔硫黄化合物の分子量を大きくする前処理工程(工程F)〕
分解ガソリン留分は、含まれる硫黄化合物の分子量を大きくする前処理工程(工程F)を行って工程Aの分留工程に供するか、あるいは工程Aの分留工程と同時に硫黄化合物の分子量を大きくする前処理を行うことが好ましい。チオール類などの硫黄化合物の分子量を選択的に大きくすることにより、その含硫黄化合物の沸点が高くなるため、分留工程において、含硫黄化合物を重質分解ガソリン留分中に移行することができ、分留工程で得られる軽質分解ガソリン留分の硫黄分を低減することができる。例えば、蒸留塔の中に触媒を入れておいて硫黄分の重質化を行い、重質化された硫黄化合物は重質側の留出成分に移行して軽質留分の硫黄分を低減することができる。後述のCD−Hydroプロセスはこれを利用している。
従来から石油精製においては、チオール類を処理して製品を無臭化するためのスイートニングが行われている。酸化法や酸化抽出法によって、チオール類をジスルフィド類に転化する公知の方法は、本発明において硫黄化合物の分子量を大きくする方法として適用できる。具体的には、マーロックス法、ドクター法などが好ましく用いられる(石油精製技術便覧第3版、産業図書株式会社(1981))。
また、本発明において硫黄化合物の分子量を大きくする方法として、分解ガソリン留分に含まれる硫黄化合物とオレフィン類とを反応させる方法も好適に用いることができる。具体的には、SHUプロセスやOATSプロセス(21st JPI Petroleum Refining Conference “Recent Progress in Petroleum Process Technology”, 37(2002))が挙げられる。特に、硫黄化合物の分子量を大きくする処理とジエン低減処理を同時に行うことができるSHUプロセスが好ましい。さらには、分留を行いながら、硫黄化合物の分子量を大きくする処理とジエン低減処理を同時にできるプロセスがいっそう好ましく、具体的にこのようなものとして、CD−Hydroプロセスが挙げられる。
〔分解ガソリン留分以外の他のガソリン基材〕
低硫黄のガソリン組成物を調製する最終的な工程であるブレンド工程で混合される分解ガソリン留分以外の他のガソリン基材としては、接触改質ガソリン基材、アルキレートガソリン基材、直留ナフサを脱硫処理した基材、異性化ガソリン基材、トルエン、キシレンなどの芳香族基材、及びメチルt−ブチルエーテル(MTBE)、エチルt−ブチルエーテル(ETBE)、t−アミルエチルエーテル(TAEE)、エタノール、メタノール等の含酸素ガソリン基材等、公知のガソリン基材を適宜用いることができる。特に、ETBEは酸素含有量あたりのオクタン価向上効果がエタノールやMTBEに比べて高く、ETBE混合により揮発性を悪化させることなくオクタン価を高めることができ好ましい基材である。
ブレンド工程で混合される他のガソリン基材は、好ましくは硫黄分が20質量ppm以下であり、より好ましくは10質量ppm以下、さらには3質量ppm以下、特には1質量ppm以下である。他のガソリン基材の硫黄分が20質量ppmを超えると、ガソリン基材のブレンド工程での配合量が制約されるため好ましくない。
好ましい配合量は、分解ガソリン留分を30〜90容量%、特には40〜80容量%、接触改質ガソリン基材を5〜50容量%、特には10〜45容量%、アルキレートガソリン基材を5〜40容量%、特には10〜30容量%、ETBEなどの含酸素ガソリン基材を0〜16容量%、特には1〜7容量%である。
〔ガソリン組成物〕
本発明の無鉛ガソリン組成物は、リサーチ法オクタン価が89.0以上、全硫黄分が10質量ppm以下、ドクターテストが陰性、銀板腐食が1以下である。リサーチ法オクタン価が90.0以上、ジエン価が0.1g/100g以下であることが好ましい。ドクターテストが陽性あるいは銀板腐食が1を超えると、ガソリンから悪臭が発生したり、ガソリン自動車に使われている部材の腐食を引き起こすため好ましくない。RONは、好ましくは92以上、より好ましくは93〜102である。このように高いRONを有すると、ガソリン自動車の加速性や燃費を向上させることができ、好ましい。また、硫黄分は、好ましくは8質量ppm以下、より好ましくは5質量ppm以下である。
本発明の無鉛ガソリン組成物は、好ましくはリード蒸気圧(RVP)が93kPa以下であり、より好ましくは44〜93kPaである。93kPaを超えると大気中にガソリン蒸気の放出量が多くなり好ましくない。44kPa未満ではガソリン自動車の始動性が悪化するため好ましくない。さらに好ましくは、季節に応じてRVPを調整し、夏場は44〜65kPa、冬場は70〜93kPaとするのが好ましい。
本発明の無鉛ガソリン組成物は、50容量%留出温度が75〜105℃であることが好ましく、より好ましくは、75〜100℃である。50容量%留出温度が75℃未満では、無鉛ガソリン組成物のRVPが高くなり、好ましくない。105℃を超えるとガソリン自動車の加速性が悪化し、好ましくない。また、芳香族分は40容量%以下が好ましく、さらには、30容量%以下、特には20〜30容量%であることが好ましい。芳香族分が20容量%未満では、分解ガソリン基材の配合量が制限され、無鉛ガソリン組成物の製造コストが高くなり、好ましくない。40容量%を超えると、無鉛ガソリン組成物の燃焼性が悪化するため好ましくない。
さらに、不飽和炭素数が全炭素数に占める割合であるオレフィン分が45容量%以下であることが好ましく、より好ましくは、20〜40容量%、特に好ましくは20〜30容量%である。不飽和炭素数が全炭素数に占める割合がこのような範囲にあると、上述の範囲のオレフィン分や芳香族分を確保することが容易になる。
〔添加剤〕
本発明の無鉛ガソリン組成物には、当業界で公知の燃料油添加剤の1種または2種以上を必要に応じて配合することができる。これらの配合量は適宜選べるが、通常は添加剤の合計配合量を0.1質量%以下に維持することが好ましい。本発明のガソリンで使用可能な燃料油添加剤を例示すれば、フェノール系、アミン系などの酸化防止剤、シッフ型化合物、チオアミド型化合物などの金属不活性化剤、有機リン系化合物などの表面着火防止剤、コハク酸イミド、ポリアルキルアミン、ポリエーテルアミンなどの清浄分散剤、多価アルコール又はそのエーテルなどの氷結防止剤、有機酸のアルカリ金属塩又はアルカリ土類金属塩、高級アルコールの硫酸エステルなどの助燃剤、アニオン系界面活性剤、カチオン系界面活性剤、両性界面活性剤などの帯電防止剤、アゾ染料などの着色剤を挙げることができる。
以下に、実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらの例により何ら制限されるものではない。
中東系原油の減圧軽油留分を水素化精製処理したものと常圧蒸留残渣油を水素化精製処理したものを主たる原料油(硫黄分3,500ppm)として、流動接触分解して得られた接触分解ガソリン留分Aに対して、酸化型のスイートニング装置によって処理して、接触分解ガソリン留分Bを得た。接触分解ガソリン留分AおよびBの性状を表1に示す。なお、酸化型のスイートニング装置は、UOP社のMeroxプロセスであり、反応温度42℃の条件で運転した。
なお、本明細書中、密度はJIS K 2249、蒸気圧(リード法)はJIS K 2258、蒸留性状はJIS K 2254(常圧法)、炭化水素成分組成はJIS K 2536(蛍光指示薬吸着法)、ジエン価はUOP326−82、硫黄分は、ASTM D 5453(紫外蛍光法)に準拠して測定した。RONは、ヒューレットパッカード社製PIONA装置を用いて、ガスクロマトグラフ法で測定した。銀板腐食はJIS K2513(石油製品−銅板腐食試験方法:対応 ASTM D130)のボンベ法(ジェット燃料)で、銅板の代わりにJIS K2276(石油製品−航空燃料油試験方法)の「14.銀板腐食試験方法」に用いる銀板を使用して評価した。試験温度は50℃、試験時間は3時間である。ドクターテストは、JIS K 2276に準拠して測定した。
この接触分解ガソリン留分Bを分留して、軽質接触分解ガソリン留分Cと重質接触分解ガソリン留分Dを得た。軽質留分Cと重質留分Dの割合は68:32(容量比)であった。軽質接触分解ガソリン留分Cおよび重質接触分解ガソリン留分Dの性状を表1に示す。
アルミナにニッケルを20質量%担持した触媒を固定床流通式反応装置に充填して硫化処理した後、反応温度250℃、反応圧力常圧、LHSV=4.0h−1、水素/油比340NL/Lの条件のもと、軽質接触分解ガソリン留分Cを通油してジエン低減処理を行い、軽質接触分解ガソリンEを得た。
炭酸ナトリウム106gを水に溶かした溶液を60℃に加温し、これに硝酸亜鉛六水和物179gを水に溶かした溶液に硝酸ニッケル六水和物58gを加えたものを滴下した。得られた沈殿物をろ過した後、水で洗浄した。その後、120℃で16時間乾燥後、350℃で3時間焼成し脱硫剤Zを得た。脱硫剤Zはニッケル含有量が17.9質量%、亜鉛含有量が58.7質量%、ナトリウム含有量が0.02質量%、比表面積が80m/gであった。また、亜鉛に対するニッケルの割合は30.4質量%であった。軽質接触分解ガソリン留分Eを、脱硫剤Zを用い反応温度300℃、反応圧力常圧、LHSV=2.5h−1、水素/油比180NL/Lの条件で脱硫処理して軽質接触分解ガソリンFを得た。軽質接触分解ガソリン留分EおよびFの性状を表1に示す。
コバルト、モリブデンおよびリンをアルミナに担持した触媒(コバルト含有量2.4質量%、モリブデン含有量9.4質量%、リン含有量2.0質量%)を固定床流通式反応装置に充填して硫化処理した後、反応温度225℃、反応圧力1.0MPa、LHSV=5.0h−1、水素/油比=307NL/Lの条件下で、重質接触分解ガソリン留分Dを通油して水素化脱硫を行い、さらに酸化型のスイートニング装置で処理して重質接触分解ガソリンGを得た。なお、酸化型のスイートニング装置は、メリケム社のMERICAT-IIプロセスであり、反応温度41℃の条件で運転した。
軽質接触分解ガソリンF全量および重質接触分解ガソリンGを全量混合し低硫黄分解ガソリン基材Hを得た。重質接触分解ガソリンG及び低硫黄分解ガソリン基材Hの性状を表1に示す。実施例1における予備脱硫制御係数αの値は18であった。なお、スイートニング前後で硫黄分は変わらないので、重質接触分解ガソリン留分Dを水素化脱硫し、次いでスイートニングした後の重質接触分解ガソリンGの硫黄分をHSとして用い、予備脱硫制御係数αを算出した。
Figure 2006120898
実施例1と同様の方法で得られた軽質接触分解ガソリン留分Cの半量を、実施例1と同じ方法でジエン除去処理および脱硫剤Zによる脱硫処理を行い、軽質接触分解ガソリンFを得た。
実施例1と同様の方法で得られた重質接触分解ガソリン留分Dを、コバルト、モリブデンおよびリンをアルミナに担持した触媒(コバルト含有量2.4質量%、モリブデン含有量9.4質量%、リン含有量2.0質量%)を固定床流通式反応装置に充填して硫化処理した後、反応温度240℃、反応圧力1.0MPa、LHSV=5.0h−1、水素/油比=307NL/Lの条件下で、通油して水素化脱硫を行い、さらに酸化型のスイートニング装置で処理して重質接触分解ガソリンIを得た。
軽質接触分解ガソリンCの半量、軽質接触分解ガソリンFの全量および重質接触分解ガソリンIの全量を混合し、低硫黄分解ガソリン基材Jを得た。低硫黄分解ガソリン基材Jの性状、及び関連する上記中間基材の性状を表2に示す。実施例2における予備脱硫制御係数αは14であった。
Figure 2006120898
実施例1と同様の方法で得られた重質接触分解ガソリンG全量を、脱硫剤Zを用いて反応温度300℃、反応圧力0.5MPa、LHSV=2.5h−1、水素/油比20NL/Lの条件で脱硫処理し重質接触分解ガソリンKを得た。実施例1と同様の方法で得られた軽質接触分解ガソリンC全量と重質接触分解ガソリンK全量を混合し低硫黄ガソリン基材Lを得た。低硫黄分解ガソリン基材Lの性状、及び関連する上記中間基材の性状を表3に示す。実施例3における予備脱硫制御係数αは18であった。
Figure 2006120898
実施例1で得られた接触分解ガソリン留分Bを容量比が47:53となるよう分留して、軽質接触分解ガソリン留分Mと重質接触分解ガソリン留分Nを得た。
コバルト、モリブデンおよびリンをアルミナに担持した触媒(コバルト含有量2.4質量%、モリブデン含有量9.4質量%、リン含有量2.0質量%)を固定床流通式反応装置に充填して硫化処理した後、反応温度225℃、反応圧力1.0MPa、LHSV=5.0h−1、水素/油比=307NL/Lの条件下で、重質接触分解ガソリン留分Nを通油して水素化脱硫を行い、さらに酸化型のスイートニング装置で処理して重質接触分解ガソリンOを得た。
重質接触分解ガソリンOの半量を脱硫剤Zによる脱硫処理を行い、重質接触分解ガソリンPを得た。
軽質接触分解ガソリンMの全量、重質接触分解ガソリンOの半量および重質接触分解ガソリンPの全量を混合し、低硫黄分解ガソリン基材Qを得た。低硫黄分解ガソリン基材Q、及び関連する上記中間基材の性状を表4に示す。なお、実施例4における予備脱硫制御係数αは14であった。
Figure 2006120898
比較例1
実施例1で得られた重質接触分解ガソリン留分Dを、コバルト、モリブデンおよびリンをアルミナに担持した触媒(コバルト含有量2.4質量%、モリブデン含有量9.4質量%、リン含有量2.0質量%)を固定床流通式反応装置に充填して硫化処理した後、反応温度300℃、反応圧力3.0MPa、LHSV=5.0h−1、水素/油比=307NL/Lの条件下で、通油して水素化脱硫を行い、重質接触分解ガソリンRを得た。
実施例1で得られた軽質接触分解ガソリン留分C全量と重質接触分解ガソリンR全量を混合し分解ガソリン基材Sを得た。分解ガソリン基材S、及び関連する上記中間基材の性状を表5に示す。
Figure 2006120898
接触分解以外の公知技術で得られるガソリン基材として、脱硫直留ナフサT、接触改質中質油U、接触改質重質油V、アルキレートガソリンW、エチルt−ブチルエーテルXがあり、その性状は表6に示すとおりである。接触改質中質油Uは、接触改質ガソリンから、トルエンを多く含む留分を蒸留分離したものである。接触改質重質油Vは、接触改質ガソリンから、炭素数9以上であって11未満の芳香族を蒸留分離したものである。
Figure 2006120898
脱硫直留ナフサTを15容量%、接触改質中質油Uを5容量%、接触改質重質油Vを5容量%、アルキレートガソリンWを5容量%と、実施例1記載の分解ガソリン基材Hを70容量%配合し、無鉛ガソリン組成物AAを調製した。その性状を表7に示す。
Figure 2006120898
脱硫直留ナフサTを10容量%、接触改質中質油Uを10容量%、接触改質重質油Vを6容量%、アルキレートガソリンWを10容量%、エチルt−ブチルエーテルXを7容量%と、実施例1記載の分解ガソリン基材Hを57容量%配合し、無鉛ガソリン組成物BBを調製した。その性状を表7に示す。
接触改質中質油Uを15容量%、接触改質重質油Vを15容量%、アルキレートガソリンWを16容量%、エチルt−ブチルエーテルXを7容量%、実施例4記載の分解ガソリン基材Qを22容量%と実施例4記載の軽質接触分解ガソリン基材Mを25容量%配合し、無鉛ガソリン組成物CCを調製した。その性状を表7に示す。
比較例2
脱硫直留ナフサTを15容量%、接触改質中質油Uを5容量%、接触改質重質油Vを5容量%、アルキレートガソリンWを5容量%と、比較例1記載の分解ガソリン基材Sを70容量%配合し、無鉛ガソリン組成物DDを調製した。その性状を表7に示す。

Claims (7)

  1. 分解ガソリン留分を分留して、軽質分解ガソリン留分と重質分解ガソリン留分とを得る分留工程(工程A)、
    工程Aで得られた重質分解ガソリン留分を水素の存在下でモリブデン及び/又はタングステンを含む触媒と接触させて硫黄分を低減する水素化脱硫工程(工程B)、
    工程Aにて得られた軽質分解ガソリン留分及び/又は工程Bにて得られた硫黄分が低減された重質分解ガソリン留分の全量あるいは一部を水素の存在下でニッケルと亜鉛を含む多孔質脱硫剤と接触させ、硫黄分を5質量ppm以下に低減する収着脱硫工程(工程C)、
    前記工程A〜Cによって得られた分解ガソリン留分を混合して硫黄分12質量ppm以下、リサーチ法オクタン価85.0以上である低硫黄分解ガソリン基材を得る混合工程(工程D)
    を含むことを特徴とする低硫黄分解ガソリン基材の製造方法。
  2. 工程A及び工程Bを経た段階で、次式(1)で表される予備脱硫制御係数αが12〜30である
    α=(LW×LS+HW×HS)/100 (1)
    (式中、LWは工程Aにて分留された軽質分解ガソリンの割合(容量%)、LSは工程Aにて得られた軽質分解ガソリン中の硫黄分(質量ppm)、HWは工程Aにて分留された重質分解ガソリンの割合(容量%)、HSは工程Bにて得られた重質分解ガソリン中の硫黄分(質量ppm)を示す。)
    ことを特徴とする請求項1記載の低硫黄分解ガソリン基材の製造方法。
  3. 工程Aに供給する分解ガソリン全量に対し、工程Cに供給して処理する割合が20容量%以上、90容量%以下であることを特徴とする請求項1または2記載の低硫黄分解ガソリン基材の製造方法。
  4. 工程Bまたは工程Cの前に、分解ガソリン留分の全量または一部を水素の存在下で、周期律表第8属元素から選ばれる少なくとも1種の金属を含む触媒と接触させてジエン低減処理を行うジエン低減処理工程(工程E)を含むことを特徴とする請求項1〜3いずれかにに記載の低硫黄分解ガソリン基材の製造方法。
  5. 工程Aの前に、あるいは工程Aの分留工程と同時に分解ガソリン留分に含まれる硫黄化合物の分子量を大きくする前処理工程(工程F)を含むことを特徴とする請求項1〜4いずれかに記載の低硫黄分解ガソリン基材の製造方法。
  6. 請求項1〜5いずれかによって製造された低硫黄分解ガソリン基材を30容量%以上含有し、リサーチ法オクタン価が89以上、硫黄分10質量ppm以下、ドクターテストが陰性、銀板腐食が1以下である無鉛ガソリン組成物。
  7. リサーチ法オクタン価が92以上である請求項6に記載の無鉛ガソリン組成物。
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