WO2023189238A1 - キシレン製造システム及び方法 - Google Patents
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Definitions
- the present disclosure relates to a technology for producing xylene using methanol as a raw material.
- Paraxylene is an aromatic hydrocarbon and an important basic chemical used as a raw material for high-purity terephthalic acid, which is a raw material for polyester fibers and plastic bottle resins.
- paraxylene is produced from fossil fuels.
- carbon recycling technology which captures CO2 emitted from factories as a resource and uses the recovered CO2 effectively, paraxylene is industrially produced using CO2 as a raw material. It is proposed that.
- the process of industrially producing para-xylene using CO2 as a raw material is (1) a methanol synthesis process in which methanol is synthesized from CO2 and H2 , (2) a xylene synthesis process in which xylene is synthesized from methanol, and (3) a xylene synthesis process.
- the process includes a para-xylene separation step for separating para-xylene from the para-xylene.
- xylene has three types of xylene isomers: para-xylene, ortho-xylene, and meta-xylene, and in the para-xylene separation step, para-xylene is selectively separated from aromatic hydrocarbons containing xylene.
- Patent Document 1 discloses a technique for synthesizing xylene from methanol using a zeolite catalyst.
- the present disclosure has been made in view of the above circumstances, and its purpose is to propose a technology for improving the xylene yield in a system and method for producing xylene using methanol as a raw material.
- a xylene production system includes: A xylene synthesis catalyst is packed, and when a raw material containing methanol comes into contact with the xylene synthesis catalyst, a reaction product containing aromatic hydrocarbons containing xylene and lower hydrocarbons having 5 or less carbon atoms is produced.
- a reaction tank to generate a product line connected to the reaction tank and taking out the reaction product from the reaction tank; a gas-liquid separation tank connected to the product line and separating the reaction product flowing through the product line into liquid aromatic hydrocarbons and gaseous lower hydrocarbons; a product line connected to the gas-liquid separation tank to take out liquid aromatic hydrocarbons from the gas-liquid separation tank; A recycle line is connected to the gas-liquid separation tank and takes out gaseous lower hydrocarbons from the gas-liquid separation tank and sends them to the reaction tank as part of the raw materials.
- a xylene production system includes: Comprising a plurality of reaction units including a first-stage reaction unit and a second-stage reaction unit, a raw material supply line, and a reuse line, Each of the reaction units is filled with a xylene synthesis catalyst, and by bringing the raw material into contact with the xylene synthesis catalyst, a reaction containing aromatic hydrocarbons containing xylene and lower hydrocarbons having 5 or less carbon atoms is performed.
- a reaction tank that produces a product; a product line that is connected to the reaction tank and takes out the reaction product from the reaction tank; and a product line that is connected to the product line and that flows through the product line.
- a gas-liquid separation tank that separates aromatic hydrocarbons into liquid aromatic hydrocarbons and gaseous lower hydrocarbons; and a product that is connected to the gas-liquid separation tank and extracts the liquid aromatic hydrocarbons from the gas-liquid separation tank.
- the raw material supply line is connected to the reaction tank of the first stage reaction unit, methanol is supplied as a raw material to the reaction tank of the first stage reaction unit through the raw material supply line, and the reuse line is connected to the reaction tank of the first stage reaction unit. It is connected to the gas-liquid separation tank and the reaction tank of the second-stage reaction unit, and gaseous lower hydrocarbons are supplied as raw materials to the reaction tank of the second-stage reaction unit through the reuse line.
- a method for producing xylene Producing a reaction product containing an aromatic hydrocarbon containing xylene and a lower hydrocarbon having 5 or less carbon atoms by contacting a raw material containing methanol with a xylene synthesis catalyst in a reaction tank; separating the reaction product into liquid aromatic hydrocarbons and gaseous lower hydrocarbons in a gas-liquid separation tank; recovering liquid aromatic hydrocarbons from the gas-liquid separation tank, and The method includes taking out gaseous lower hydrocarbons from the gas-liquid separation tank and sending them to the reaction tank to be used as part of the raw material.
- a method for producing xylene Producing a reaction product containing an aromatic hydrocarbon containing xylene and a lower hydrocarbon having 5 or less carbon atoms by contacting a raw material containing methanol with a xylene synthesis catalyst in a first reaction tank; separating the reaction product into liquid aromatic hydrocarbons and gaseous lower hydrocarbons in a gas-liquid separation tank; recovering liquid aromatic hydrocarbons from the gas-liquid separation tank, and The method includes extracting gaseous lower hydrocarbons from the gas-liquid separation tank and bringing them into contact with a xylene synthesis catalyst in a second reaction tank to produce aromatic hydrocarbons containing xylene.
- FIG. 1 is a diagram showing the overall configuration of a xylene production system according to a first embodiment of the present disclosure.
- FIG. 2 is a diagram showing the overall configuration of a xylene production system according to a second embodiment of the present disclosure.
- FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a xylene production system 1 according to a first embodiment.
- the xylene production system 1 shown in FIG. 1 a xylene synthesis process is performed among the para-xylene production processes.
- the xylene production system 1 includes a reaction tank 11, a gas-liquid separation tank 12, a raw material supply line 13, a product line 14, a recycle line 15, and a product line 16.
- Each line may be constituted by piping or the like.
- the reaction tank 11 is filled with a xylene synthesis catalyst 31.
- the xylene synthesis catalyst 31 activates the synthesis reaction from methanol to aromatic hydrocarbons. It is desirable that the xylene synthesis catalyst 31 has high selectivity for synthesizing para-xylene.
- a xylene synthesis catalyst 31 is, for example, a zeolite-based catalyst, and various catalysts have been proposed in the past.
- the type of xylene synthesis catalyst 31 is not particularly limited, and any known catalyst can be used. Note that the temperature of the xylene synthesis catalyst 31 is controlled to a temperature suitable for the reaction, and the reaction temperature is generally about 400 to 600° C., which is higher than room temperature.
- a raw material supply line 13 is connected to the reaction tank 11 .
- Methanol which is a raw material
- Methanol is supplied to the reaction tank 11 through a raw material supply line 13 .
- a xylene synthesis reaction occurs due to the action of the xylene synthesis catalyst 31.
- the reaction product of the reaction tank 11 contains lower hydrocarbons in addition to aromatic hydrocarbons.
- Aromatic hydrocarbons in the reaction product may include benzene, toluene, and the three xylene isomers.
- Lower hydrocarbons in the reaction product may include C 2 -C 4 alkenes such as ethylene and propylene, and C 1 -C 5 alkanes such as methane, ethane, propane and butane.
- the composition and ratio of aromatic hydrocarbons and lower hydrocarbons contained in the reaction product vary depending on the properties of the xylene synthesis catalyst 31.
- a product line 14 is connected to the reaction tank 11.
- the reaction product in the reaction tank 11 is sent to the gas-liquid separation tank 12 through a product line 14.
- the reaction product is forcibly cooled to about room temperature. Thereby, the reaction product is separated into a liquid mainly consisting of aromatic hydrocarbons and a gas mainly consisting of lower hydrocarbons.
- a recycle line 15 and a product line 16 are connected to the gas-liquid separation tank 12.
- the gaseous lower hydrocarbons separated in the gas-liquid separation tank 12 are used to synthesize xylene.
- the recycle line 15 is connected to the reaction tank 11 , and gaseous hydrocarbons are supplied from the gas-liquid separation tank 12 to the reaction tank 11 through the recycle line 15 .
- the lower hydrocarbons returned to the reaction tank 11 are used as part of the raw material. Note that it is known that xylene can be synthesized using lower hydrocarbons having 4 or less carbon atoms as raw materials.
- the liquid aromatic hydrocarbons separated in the gas-liquid separation tank 12 are taken out from the gas-liquid separation tank 12 by a product line 16 and sent through the product line 16 to equipment where a paraxylene separation process is performed.
- para-xylene separation step para-xylene is selectively separated from the mixture of aromatic hydrocarbons and para-xylene is recovered.
- FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of a xylene production system 1A according to a second embodiment.
- members that are the same or similar to those of the first embodiment described above will be denoted by the same reference numerals in the drawings, and their description will be omitted.
- the xylene production system 1A shown in FIG. 2 a xylene synthesis process is performed in the para-xylene production process.
- the xylene production system 1A includes a plurality of reaction units U including a first reaction unit U1 and a second reaction unit U2.
- Each reaction unit U includes a reaction tank 11, a gas-liquid separation tank 12, a product line 14, and a product line 16.
- the reaction tank 11, the gas-liquid separation tank 12, the product line 14, and the product line 16 have substantially the same configuration as the xylene production system 1 of the first embodiment, so a detailed explanation will be omitted.
- a raw material supply line 13 is connected to the reaction tank 11 of the first stage reaction unit U1, and a raw material containing methanol is supplied to the reaction tank 11 through the raw material supply line 13.
- the gas-liquid separation tank 12 of the first-stage reaction unit U1 and the reaction tank 11 of the second-stage reaction unit U2 are connected by a reuse line 15a. Gaseous lower hydrocarbons separated from the reaction product in the gas-liquid separation tank 12 of the first-stage reaction unit U1 are supplied to the reaction tank 11 of the second-stage reaction unit U2 through the reuse line 15a.
- the reaction tank 11 of the second-stage reaction unit U2 and the gas-liquid separation tank 12 of the second-stage reaction unit U2 are connected by a recycle line 15. Gaseous lower hydrocarbons separated from the reaction product in the gas-liquid separation tank 12 of the second-stage reaction unit U2 are supplied to the reaction tank 11 of the second-stage reaction unit U2 through a recycle line 15. In the reaction tank 11 of the second-stage reaction unit U2, a para-xylene synthesis reaction is performed using the thus supplied lower hydrocarbon as a raw material.
- the xylene synthesis catalyst 31 filled in the reaction tank 11 of the first-stage reaction unit U1 and the xylene synthesis catalyst 31 filled in the reaction tank 11 of the second-stage reaction unit U2 may have the same properties, or They may have different properties. Since lower hydrocarbons are supplied as raw materials to the reaction tank 11 of the second stage reaction unit U2, the xylene synthesis catalyst 31 in the reaction tank 11 of the second stage reaction unit U2 is used for the xylene synthesis reaction from the lower hydrocarbons. Particularly suitable catalysts may be used. For the same reason, the reaction temperatures of the reaction vessels 11 may be different between the first-stage reaction unit U1 and the second-stage reaction unit U2.
- the xylene production system 1 includes: The xylene synthesis catalyst 31 is packed, and by contacting the raw material containing methanol with the xylene synthesis catalyst 31, a reaction product containing aromatic hydrocarbons containing xylene and lower hydrocarbons having 5 or less carbon atoms is produced.
- reaction tank 11 that produces a product line 14 connected to the reaction tank 11 and taking out the reaction product from the reaction tank 11; a gas-liquid separation tank 12 connected to the product line 14 to separate the reaction products flowing in through the product line 14 into liquid aromatic hydrocarbons and gaseous lower hydrocarbons; a product line 16 connected to the gas-liquid separation tank 12 to take out liquid aromatic hydrocarbons from the gas-liquid separation tank 12; It is characterized by comprising a recycle line 15 that is connected to the gas-liquid separation tank 12 and takes out gaseous lower hydrocarbons from the gas-liquid separation tank 12 and sends them to the reaction tank 11 as part of the raw material.
- the xylene production method using the xylene production system 1 having the above configuration is as follows: producing a reaction product containing an aromatic hydrocarbon containing xylene and a lower hydrocarbon having 5 or less carbon atoms by contacting a raw material containing methanol with a xylene synthesis catalyst in a reaction tank 11; separating the reaction product into liquid aromatic hydrocarbons and gaseous lower hydrocarbons in a gas-liquid separation tank 12; recovering liquid aromatic hydrocarbons from the gas-liquid separation tank 12; and This includes taking out gaseous lower hydrocarbons from the gas-liquid separation tank 12 and sending them to the reaction tank 11 for use as part of the raw material.
- the xylene production system 1A includes: Equipped with a plurality of reaction units U including a first reaction unit U1 and a second reaction unit U2, a raw material supply line 13, and a reuse line 15a, Each of the reaction units U is filled with a xylene synthesis catalyst 31, and by bringing the raw material into contact with the xylene synthesis catalyst 31, aromatic hydrocarbons containing xylene and lower hydrocarbons having 5 or less carbon atoms are contained.
- a reaction tank 11 that produces a reaction product, a product line 14 that is connected to the reaction tank 11 and takes out the reaction product from the reaction tank 11, and a reaction product that is connected to the product line 14 and flows in through the product line 14.
- a gas-liquid separation tank 12 separates substances into liquid aromatic hydrocarbons and gaseous lower hydrocarbons, and is connected to the gas-liquid separation tank 12 to remove liquid aromatic hydrocarbons from the gas-liquid separation tank 12.
- the raw material supply line 13 is connected to the reaction tank 11 of the first stage reaction unit U1, methanol is supplied as a raw material to the reaction tank 11 of the first stage reaction unit U1 through the raw material supply line 13, and the reuse line 15a is connected to the reaction tank 11 of the first stage reaction unit U1.
- the xylene production method using the xylene production system 1A with the above configuration is as follows: By bringing the raw material containing methanol into contact with the xylene synthesis catalyst 31 in the first reaction tank (i.e., the reaction tank 11 of the first stage reaction unit U1), aromatic hydrocarbons containing xylene and lower producing a reaction product comprising a hydrocarbon; separating the reaction product into liquid aromatic hydrocarbons and gaseous lower hydrocarbons in a gas-liquid separation tank 12; recovering liquid aromatic hydrocarbons from the gas-liquid separation tank 12; and By taking out the gaseous lower hydrocarbons from the gas-liquid separation tank 12 and bringing them into contact with the xylene synthesis catalyst 31 in the second reaction tank (i.e., the reaction tank 11 of the second-stage reaction unit U2), aromatic compounds containing xylene are extracted. producing hydrocarbons.
- the first reaction tank i.e., the reaction tank 11 of the first stage reaction unit U1
- the lower hydrocarbons contained in the reaction product in the reaction tank 11 of the first stage reaction unit U1 are sent to the reaction tank 11 of the second stage reaction unit U2, and are the raw materials for xylene synthesis. used as. This makes it possible to increase the xylene yield based on the methanol supplied.
- the xylene production system 1A it is connected to the gas-liquid separation tank 12 of the second-stage reaction unit U2, and gaseous lower hydrocarbons are removed from the gas-liquid separation tank 12 of the second-stage reaction unit U2. It may further include a recycle line 15 for taking out and sending it to the reaction tank 11 of the second stage reaction unit U2.
- the lower hydrocarbons contained in the reaction product in the reaction tank 11 of the second-stage reaction unit U2 are returned to the reaction tank 11 of the second-stage reaction unit U2 and used as raw materials for xylene synthesis.
- xylene is also synthesized from the lower hydrocarbons that are by-products of the reaction tank 11 of the second-stage reaction unit U2, so that the xylene yield relative to the methanol supplied can be further increased.
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Abstract
キシレン製造システムは、キシレン合成触媒が充填されており、メタノールを含む原料とキシレン合成触媒とが接触することにより、キシレンを含む芳香物炭化水素と炭素原子数が５以下の低級炭化水素とを含む反応生成物を生成する反応槽と、反応槽と接続されて、反応生成物を反応槽から取り出す生成物ラインと、生成物ラインと接続されて、生成物ラインを通じて流入した反応生成物を液体状の芳香物炭化水素と気体状の低級炭化水素とに分離する気液分離槽と、気液分離槽と接続されて、液体状の芳香物炭化水素を気液分離槽から取り出す製品ラインと、気液分離槽と接続されて、気体状の低級炭化水素を気液分離槽から取り出して反応槽へ原料の一部として送るリサイクルラインと、を備える。
Description
本開示は、メタノールを原料としてキシレンを製造する技術に関する。
パラキシレンは、芳香族炭化水素であり、ポリエステル繊維やペットボトル用樹脂の原料となる高純度テレフタル酸の原料として用いられる重要な基礎化学品である。従来、化石燃料由来のパラキシレンが製造されている。近年、工場などから排出されるＣＯ２を資源として捉えて回収し、回収したＣＯ２の有効利用を図る「カーボンリサイクル技術」の一つとして、ＣＯ２を原料としてパラキシレンを工業的に製造することが提案されている。
ＣＯ２を原料としてパラキシレンを工業的に製造するプロセスは、（１）ＣＯ２とＨ２からメタノールを合成するメタノール合成工程、（２）メタノールからキシレンを合成するキシレン合成工程、（３）キシレンからパラキシレンを分離するパラキシレン分離工程を含む。なお、キシレンには、パラキシレン、オルトキシレン、メタキシレンという３種のキシレン異性体があり、パラキシレン分離工程ではキシレンを含む芳香族炭化水素からパラキシレンが選択的に分離される。
従来、メタノールをゼオライト系触媒と接触させることにより、メタノールを芳香族炭化水素へ転化させる技術が知られている。例えば、特許文献１では、ゼオライト系触媒を用いてメタノールからキシレンを合成する技術が開示されている。
メタノールからキシレンを合成するキシレン合成工程において、芳香族炭化水素の他に、Ｃ２－Ｃ３のアルケン（オレフィン系低級炭化水素）、及びＣ１－Ｃ４のアルカン（パラフィン系低級炭化水素）などが生成する。上記の芳香族炭化水素は、ベンゼン、トルエン、及び、３種のキシレン異性体が含まれる。このようなキシレンの合成においてキシレン収率が低いことは依然として課題となっている。
本開示は以上の事情に鑑みてされたものであり、その目的は、メタノールを原料としてキシレンを製造するシステム及び方法において、キシレン収率を向上させる技術を提案することにある。
上記課題を解決するために、本開示の一態様に係るキシレン製造システムは、
キシレン合成触媒が充填されており、メタノールを含む原料と前記キシレン合成触媒とが接触することにより、キシレンを含む芳香物炭化水素と炭素原子数が５以下の低級炭化水素とを含む反応生成物を生成する反応槽と、
前記反応槽と接続されて、前記反応生成物を前記反応槽から取り出す生成物ラインと、
前記生成物ラインと接続されて、前記生成物ラインを通じて流入した前記反応生成物を液体状の芳香物炭化水素と気体状の低級炭化水素とに分離する気液分離槽と、
前記気液分離槽と接続されて、液体状の芳香物炭化水素を前記気液分離槽から取り出す製品ラインと、
前記気液分離槽と接続されて、気体状の低級炭化水素を前記気液分離槽から取り出して前記反応槽へ前記原料の一部として送るリサイクルラインと、を備えるものである。
キシレン合成触媒が充填されており、メタノールを含む原料と前記キシレン合成触媒とが接触することにより、キシレンを含む芳香物炭化水素と炭素原子数が５以下の低級炭化水素とを含む反応生成物を生成する反応槽と、
前記反応槽と接続されて、前記反応生成物を前記反応槽から取り出す生成物ラインと、
前記生成物ラインと接続されて、前記生成物ラインを通じて流入した前記反応生成物を液体状の芳香物炭化水素と気体状の低級炭化水素とに分離する気液分離槽と、
前記気液分離槽と接続されて、液体状の芳香物炭化水素を前記気液分離槽から取り出す製品ラインと、
前記気液分離槽と接続されて、気体状の低級炭化水素を前記気液分離槽から取り出して前記反応槽へ前記原料の一部として送るリサイクルラインと、を備えるものである。
また、本開示の別の一態様に係るキシレン製造システムは、
一段目反応ユニット及び二段目反応ユニットを含む複数の反応ユニットと、原料供給ラインと、リユースラインと、を備え、
前記反応ユニットの各々は、キシレン合成触媒が充填されており、原料と前記キシレン合成触媒とを接触させることによりキシレンを含む芳香物炭化水素と炭素原子数が５以下の低級炭化水素とを含む反応生成物を生成する反応槽と、前記反応槽と接続されて前記反応生成物を前記反応槽から取り出す生成物ラインと、前記生成物ラインと接続されて前記生成物ラインを通じて流入した前記反応生成物を液体状の芳香物炭化水素と気体状の低級炭化水素とに分離する気液分離槽と、前記気液分離槽と接続されて前記気液分離槽から液体状の芳香物炭化水素を取り出す製品ラインとを有し、
前記原料供給ラインは前記一段目反応ユニットの前記反応槽と接続され、前記原料供給ラインを通じてメタノールが前記一段目反応ユニットの前記反応槽へ原料として供給され、前記リユースラインは前記一段目反応ユニットの前記気液分離槽及び前記二段目反応ユニットの前記反応槽と接続され、前記リユースラインを通じて気体状の低級炭化水素が前記二段目反応ユニットの前記反応槽へ原料として供給されるものである。
一段目反応ユニット及び二段目反応ユニットを含む複数の反応ユニットと、原料供給ラインと、リユースラインと、を備え、
前記反応ユニットの各々は、キシレン合成触媒が充填されており、原料と前記キシレン合成触媒とを接触させることによりキシレンを含む芳香物炭化水素と炭素原子数が５以下の低級炭化水素とを含む反応生成物を生成する反応槽と、前記反応槽と接続されて前記反応生成物を前記反応槽から取り出す生成物ラインと、前記生成物ラインと接続されて前記生成物ラインを通じて流入した前記反応生成物を液体状の芳香物炭化水素と気体状の低級炭化水素とに分離する気液分離槽と、前記気液分離槽と接続されて前記気液分離槽から液体状の芳香物炭化水素を取り出す製品ラインとを有し、
前記原料供給ラインは前記一段目反応ユニットの前記反応槽と接続され、前記原料供給ラインを通じてメタノールが前記一段目反応ユニットの前記反応槽へ原料として供給され、前記リユースラインは前記一段目反応ユニットの前記気液分離槽及び前記二段目反応ユニットの前記反応槽と接続され、前記リユースラインを通じて気体状の低級炭化水素が前記二段目反応ユニットの前記反応槽へ原料として供給されるものである。
また、本開示の別の一態様に係るキシレン製造方法は、
反応槽でメタノールを含む原料とキシレン合成触媒とを接触させることにより、キシレンを含む芳香族炭化水素と炭素原子数が５以下の低級炭化水素とを含む反応生成物を生成すること、
気液分離槽で前記反応生成物を液体状の芳香物炭化水素と気体状の低級炭化水素とに分離すること、
前記気液分離槽から液体状の芳香物炭化水素を回収すること、及び、
前記気液分離槽から気体状の低級炭化水素を取り出して前記反応槽へ送り前記原料の一部として利用すること、を含むものである。
反応槽でメタノールを含む原料とキシレン合成触媒とを接触させることにより、キシレンを含む芳香族炭化水素と炭素原子数が５以下の低級炭化水素とを含む反応生成物を生成すること、
気液分離槽で前記反応生成物を液体状の芳香物炭化水素と気体状の低級炭化水素とに分離すること、
前記気液分離槽から液体状の芳香物炭化水素を回収すること、及び、
前記気液分離槽から気体状の低級炭化水素を取り出して前記反応槽へ送り前記原料の一部として利用すること、を含むものである。
また、本開示の別の一態様に係るキシレン製造方法は、
第１反応槽でメタノールを含む原料とキシレン合成触媒とを接触させることにより、キシレンを含む芳香族炭化水素と炭素原子数が５以下の低級炭化水素とを含む反応生成物を生成すること、
気液分離槽で前記反応生成物を液体状の芳香物炭化水素と気体状の低級炭化水素とに分離すること、
前記気液分離槽から液体状の芳香物炭化水素を回収すること、及び、
前記気液分離槽から気体状の低級炭化水素を取り出して第２反応槽でキシレン合成触媒とを接触させることにより、キシレンを含む芳香族炭化水素を生成すること、を含むものである。
第１反応槽でメタノールを含む原料とキシレン合成触媒とを接触させることにより、キシレンを含む芳香族炭化水素と炭素原子数が５以下の低級炭化水素とを含む反応生成物を生成すること、
気液分離槽で前記反応生成物を液体状の芳香物炭化水素と気体状の低級炭化水素とに分離すること、
前記気液分離槽から液体状の芳香物炭化水素を回収すること、及び、
前記気液分離槽から気体状の低級炭化水素を取り出して第２反応槽でキシレン合成触媒とを接触させることにより、キシレンを含む芳香族炭化水素を生成すること、を含むものである。
本開示によれば、メタノールを原料としてキシレンを製造するシステム及び方法において、キシレン収率を向上させる技術を提案できる。
〔第１実施形態〕
次に、図面を参照して本開示の第１実施形態を説明する。図１は、第１実施形態に係るキシレン製造システム１の概略構成を示す図である。
次に、図面を参照して本開示の第１実施形態を説明する。図１は、第１実施形態に係るキシレン製造システム１の概略構成を示す図である。
図１に示すキシレン製造システム１では、パラキシレン製造工程のうちキシレン合成工程が行われる。キシレン製造システム１は、反応槽１１と、気液分離槽１２と、原料供給ライン１３と、生成物ライン１４と、リサイクルライン１５と、製品ライン１６とを備える。各ラインは配管等により構成されてよい。
反応槽１１には、キシレン合成触媒３１が充填されている。キシレン合成触媒３１は、メタノールから芳香族炭化水素への合成反応を活性化するものである。キシレン合成触媒３１は、パラキシレンの合成選択性の高いものが望ましい。このようなキシレン合成触媒３１は、例えば、ゼオライト系触媒であり、従来から様々な触媒が提案されている。キシレン合成触媒３１の種類は特に限定されず、公知の触媒を利用できる。なお、キシレン合成触媒３１は反応に好適な温度に調温されており、一般的に、反応温度は４００－６００℃程度で室温よりも高い。
反応槽１１には原料供給ライン１３が接続されている。原料供給ライン１３を通じて、原料であるメタノールが反応槽１１へ供給される。反応槽１１へメタノールが供給されると、キシレン合成触媒３１の作用によってキシレンの合成反応が生じる。反応槽１１の反応生成物には、芳香族炭化水素の他に、低級炭化水素が含まれる。反応生成物中の芳香族炭化水素には、ベンゼン、トルエン、及び、３種のキシレン異性体が含まれ得る。反応生成物中の低級炭化水素には、エチレン・プロピレンなどのＣ２－Ｃ４アルケン、メタン・エタン・プロパン・ブタンなどのＣ１－Ｃ５アルカンが含まれ得る。但し、キシレン合成触媒３１の性状によって、反応生成物に含まれる芳香族炭化水素や低級炭化水素の組成及び割合は異なる。
反応槽１１には生成物ライン１４が接続されている。反応槽１１の反応生成物は生成物ライン１４を通じて気液分離槽１２へ送られる。
気液分離槽１２では、反応生成物が室温程度にまで強制冷却される。これにより、反応生成物は、主に芳香族炭化水素から成る液体と、主に低級炭化水素からなる気体とに分離される。
気液分離槽１２には、リサイクルライン１５と製品ライン１６とが接続されている。気液分離槽１２で分離された気体状の低級炭化水素は、キシレンの合成に利用される。本実施形態では、リサイクルライン１５は反応槽１１と接続されており、気液分離槽１２から気体状の炭化水素がリサイクルライン１５を通じて反応槽１１へ供給される。反応槽１１へ戻された低級炭化水素は、原料の一部として利用される。なお、炭素原子数が４以下の低級炭化水素を原料としてキシレンを合成できることが知られている。
気液分離槽１２で分離された液体状の芳香族炭化水素は、製品ライン１６によって気液分離槽１２から取り出され、製品ライン１６を通じてパラキシレン分離工程が行われる設備へ送られる。パラキシレン分離工程では、芳香族炭化水素の混合物からパラキシレンが選択的に分離され、パラキシレンが回収される。
〔第２実施形態〕
次に、第２実施形態を説明する。図２は、第２実施形態に係るキシレン製造システム１Ａの概略構成を示す図である。なお、本実施形態の説明においては、前述の第１実施形態と同一又は類似の部材には図面に同一の符号を付し、説明を省略する。
次に、第２実施形態を説明する。図２は、第２実施形態に係るキシレン製造システム１Ａの概略構成を示す図である。なお、本実施形態の説明においては、前述の第１実施形態と同一又は類似の部材には図面に同一の符号を付し、説明を省略する。
図２に示すキシレン製造システム１Ａでは、パラキシレン製造工程のうちキシレン合成工程が行われる。キシレン製造システム１Ａは、一段目反応ユニットＵ１と二段目反応ユニットＵ２を含む複数の反応ユニットＵを備える。
各反応ユニットＵは、反応槽１１と、気液分離槽１２と、生成物ライン１４と、製品ライン１６とを備える。反応槽１１、気液分離槽１２、生成物ライン１４、及び、製品ライン１６は第１実施形態のキシレン製造システム１と実質的に同じ構成を有するので詳細な説明は省略する。
一段目反応ユニットＵ１の反応槽１１には、原料供給ライン１３が接続されており、メタノールを含む原料が原料供給ライン１３を通じて反応槽１１へ供給される。
一段目反応ユニットＵ１の気液分離槽１２と二段目反応ユニットＵ２の反応槽１１は、リユースライン１５ａで接続されている。リユースライン１５ａを通じて、一段目反応ユニットＵ１の気液分離槽１２で反応生成物から分離された気体状の低級炭化水素が二段目反応ユニットＵ２の反応槽１１へ供給される。
二段目反応ユニットＵ２の反応槽１１と二段目反応ユニットＵ２の気液分離槽１２とはリサイクルライン１５で接続されている。二段目反応ユニットＵ２の反応槽１１には、二段目反応ユニットＵ２の気液分離槽１２で反応生成物から分離された気体状の低級炭化水素がリサイクルライン１５を通じて供給される。二段目反応ユニットＵ２の反応槽１１では、このように供給された低級炭化水素を原料としてパラキシレン合成反応が行われる。
一段目反応ユニットＵ１の反応槽１１に充填されたキシレン合成触媒３１と二段目反応ユニットＵ２の反応槽１１に充填されたキシレン合成触媒３１とは、同じ性状のものであってもよいし、異なる性状のものであってもよい。二段目反応ユニットＵ２の反応槽１１には原料として低級炭化水素が供給されることから、二段目反応ユニットＵ２の反応槽１１のキシレン合成触媒３１は、低級炭化水素からのキシレン合成反応に特に好適な触媒が用いられてよい。同様の理由で、一段目反応ユニットＵ１と二段目反応ユニットＵ２とで、反応槽１１の反応温度が相違していてもよい。
〔総括〕
以上に説明したように、本開示に係るキシレン製造システム１は、
キシレン合成触媒３１が充填されており、メタノールを含む原料とキシレン合成触媒３１とが接触することにより、キシレンを含む芳香物炭化水素と炭素原子数が５以下の低級炭化水素とを含む反応生成物を生成する反応槽１１と、
反応槽１１と接続されて、反応生成物を反応槽１１から取り出す生成物ライン１４と、
生成物ライン１４と接続されて、生成物ライン１４を通じて流入した反応生成物を液体状の芳香物炭化水素と気体状の低級炭化水素とに分離する気液分離槽１２と、
気液分離槽１２と接続されて、液体状の芳香物炭化水素を気液分離槽１２から取り出す製品ライン１６と、
気液分離槽１２と接続されて、気体状の低級炭化水素を気液分離槽１２から取り出して反応槽１１へ原料の一部として送るリサイクルライン１５とを備えることを特徴としている。
以上に説明したように、本開示に係るキシレン製造システム１は、
キシレン合成触媒３１が充填されており、メタノールを含む原料とキシレン合成触媒３１とが接触することにより、キシレンを含む芳香物炭化水素と炭素原子数が５以下の低級炭化水素とを含む反応生成物を生成する反応槽１１と、
反応槽１１と接続されて、反応生成物を反応槽１１から取り出す生成物ライン１４と、
生成物ライン１４と接続されて、生成物ライン１４を通じて流入した反応生成物を液体状の芳香物炭化水素と気体状の低級炭化水素とに分離する気液分離槽１２と、
気液分離槽１２と接続されて、液体状の芳香物炭化水素を気液分離槽１２から取り出す製品ライン１６と、
気液分離槽１２と接続されて、気体状の低級炭化水素を気液分離槽１２から取り出して反応槽１１へ原料の一部として送るリサイクルライン１５とを備えることを特徴としている。
上記構成のキシレン製造システム１を用いたキシレン製造方法は、
反応槽１１でメタノールを含む原料とキシレン合成触媒とを接触させることにより、キシレンを含む芳香族炭化水素と炭素原子数が５以下の低級炭化水素とを含む反応生成物を生成すること、
気液分離槽１２で反応生成物を液体状の芳香物炭化水素と気体状の低級炭化水素とに分離すること、
気液分離槽１２から液体状の芳香物炭化水素を回収すること、及び、
気液分離槽１２から気体状の低級炭化水素を取り出して反応槽１１へ送り原料の一部として利用すること、を含む。
反応槽１１でメタノールを含む原料とキシレン合成触媒とを接触させることにより、キシレンを含む芳香族炭化水素と炭素原子数が５以下の低級炭化水素とを含む反応生成物を生成すること、
気液分離槽１２で反応生成物を液体状の芳香物炭化水素と気体状の低級炭化水素とに分離すること、
気液分離槽１２から液体状の芳香物炭化水素を回収すること、及び、
気液分離槽１２から気体状の低級炭化水素を取り出して反応槽１１へ送り原料の一部として利用すること、を含む。
上記構成のキシレン製造システム１及び方法では、反応槽１１の反応生成物に含まれる低級炭化水素が、反応槽１１へ戻されてキシレン合成の原料として利用される。このように、反応槽１１の副生成物である低級炭化水素からもキシレンが合成されるので、供給メタノールに対するキシレン収率を高めることができる。なお、キシレン収率は次式で表される。
キシレン収率（質量％）＝[キシレン生成質量/（供給メタノールの炭素質量＋水素質量）]×１００
キシレン収率（質量％）＝[キシレン生成質量/（供給メタノールの炭素質量＋水素質量）]×１００
また、本開示に係るキシレン製造システム１Ａは、
一段目反応ユニットＵ１及び二段目反応ユニットＵ２を含む複数の反応ユニットＵと、原料供給ライン１３と、リユースライン１５ａとを備え、
反応ユニットＵの各々は、キシレン合成触媒３１が充填されており、原料とキシレン合成触媒３１とを接触させることによりキシレンを含む芳香物炭化水素と炭素原子数が５以下の低級炭化水素とを含む反応生成物を生成する反応槽１１と、反応槽１１と接続されて反応生成物を反応槽１１から取り出す生成物ライン１４と、生成物ライン１４と接続されて生成物ライン１４を通じて流入した反応生成物を液体状の芳香物炭化水素と気体状の低級炭化水素とに分離する気液分離槽１２と、気液分離槽１２と接続されて気液分離槽１２から液体状の芳香物炭化水素を取り出す製品ライン１６とを有し、
原料供給ライン１３は一段目反応ユニットＵ１の反応槽１１と接続され、原料供給ライン１３を通じてメタノールが一段目反応ユニットＵ１の反応槽１１へ原料として供給され、リユースライン１５ａは一段目反応ユニットＵ１の気液分離槽１２及び二段目反応ユニットＵ２の反応槽１１と接続され、リユースライン１５ａを通じて気体状の低級炭化水素が二段目反応ユニットＵ２の反応槽１１へ原料として供給される、ことを特徴としている。
一段目反応ユニットＵ１及び二段目反応ユニットＵ２を含む複数の反応ユニットＵと、原料供給ライン１３と、リユースライン１５ａとを備え、
反応ユニットＵの各々は、キシレン合成触媒３１が充填されており、原料とキシレン合成触媒３１とを接触させることによりキシレンを含む芳香物炭化水素と炭素原子数が５以下の低級炭化水素とを含む反応生成物を生成する反応槽１１と、反応槽１１と接続されて反応生成物を反応槽１１から取り出す生成物ライン１４と、生成物ライン１４と接続されて生成物ライン１４を通じて流入した反応生成物を液体状の芳香物炭化水素と気体状の低級炭化水素とに分離する気液分離槽１２と、気液分離槽１２と接続されて気液分離槽１２から液体状の芳香物炭化水素を取り出す製品ライン１６とを有し、
原料供給ライン１３は一段目反応ユニットＵ１の反応槽１１と接続され、原料供給ライン１３を通じてメタノールが一段目反応ユニットＵ１の反応槽１１へ原料として供給され、リユースライン１５ａは一段目反応ユニットＵ１の気液分離槽１２及び二段目反応ユニットＵ２の反応槽１１と接続され、リユースライン１５ａを通じて気体状の低級炭化水素が二段目反応ユニットＵ２の反応槽１１へ原料として供給される、ことを特徴としている。
上記構成のキシレン製造システム１Ａを用いたキシレン製造方法は、
第１反応槽（即ち、一段目反応ユニットＵ１の反応槽１１）でメタノールを含む原料とキシレン合成触媒３１とを接触させることにより、キシレンを含む芳香族炭化水素と炭素原子数が５以下の低級炭化水素とを含む反応生成物を生成すること、
気液分離槽１２で反応生成物を液体状の芳香物炭化水素と気体状の低級炭化水素とに分離すること、
気液分離槽１２から液体状の芳香物炭化水素を回収すること、及び、
気液分離槽１２から気体状の低級炭化水素を取り出して第２反応槽（即ち、二段目反応ユニットＵ２の反応槽１１）でキシレン合成触媒３１とを接触させることにより、キシレンを含む芳香族炭化水素を生成すること、を含む。
第１反応槽（即ち、一段目反応ユニットＵ１の反応槽１１）でメタノールを含む原料とキシレン合成触媒３１とを接触させることにより、キシレンを含む芳香族炭化水素と炭素原子数が５以下の低級炭化水素とを含む反応生成物を生成すること、
気液分離槽１２で反応生成物を液体状の芳香物炭化水素と気体状の低級炭化水素とに分離すること、
気液分離槽１２から液体状の芳香物炭化水素を回収すること、及び、
気液分離槽１２から気体状の低級炭化水素を取り出して第２反応槽（即ち、二段目反応ユニットＵ２の反応槽１１）でキシレン合成触媒３１とを接触させることにより、キシレンを含む芳香族炭化水素を生成すること、を含む。
上記構成のキシレン製造システム１Ａ及び方法では、一段目反応ユニットＵ１の反応槽１１の反応生成物に含まれる低級炭化水素が、二段目反応ユニットＵ２の反応槽１１へ送られてキシレン合成の原料として利用される。これにより、供給メタノールに対するキシレン収率を高めることができる。
更に、キシレン製造システム１Ａにおいては、前記二段目反応ユニットＵ２の前記気液分離槽１２と接続されて、気体状の低級炭化水素を前記二段目反応ユニットＵ２の前記気液分離槽１２から取り出して前記二段目反応ユニットＵ２の前記反応槽１１へ送るリサイクルライン１５を、更に備えてもよい。
これにより、二段目反応ユニットＵ２の反応槽１１の反応生成物に含まれる低級炭化水素が、二段目反応ユニットＵ２の反応槽１１へ戻されてキシレン合成の原料として利用される。このように二段目反応ユニットＵ２の反応槽１１の副生成物である低級炭化水素からもキシレンが合成されるので、供給メタノールに対するキシレン収率を更に高めることができる。
以上の発明の詳細な説明は、本開示の例示及び説明の目的で提示されたものであり、本開示の思想を逸脱しない範囲でキシレン製造システム１，１Ａの構成を変更、追加、又は削除できる。
Claims (5)
- キシレン合成触媒が充填されており、メタノールを含む原料と前記キシレン合成触媒とが接触することにより、キシレンを含む芳香物炭化水素と炭素原子数が５以下の低級炭化水素とを含む反応生成物を生成する反応槽と、
前記反応槽と接続されて、前記反応生成物を前記反応槽から取り出す生成物ラインと、
前記生成物ラインと接続されて、前記生成物ラインを通じて流入した前記反応生成物を液体状の芳香物炭化水素と気体状の低級炭化水素とに分離する気液分離槽と、
前記気液分離槽と接続されて、液体状の芳香物炭化水素を前記気液分離槽から取り出す製品ラインと、
前記気液分離槽と接続されて、気体状の低級炭化水素を前記気液分離槽から取り出して前記反応槽へ前記原料の一部として送るリサイクルラインと、を備える、
キシレン製造システム。 - 一段目反応ユニット及び二段目反応ユニットを含む複数の反応ユニットと、原料供給ラインと、リユースラインと、を備え、
前記反応ユニットの各々は、キシレン合成触媒が充填されており、原料と前記キシレン合成触媒とを接触させることによりキシレンを含む芳香物炭化水素と炭素原子数が５以下の低級炭化水素とを含む反応生成物を生成する反応槽と、前記反応槽と接続されて前記反応生成物を前記反応槽から取り出す生成物ラインと、前記生成物ラインと接続されて前記生成物ラインを通じて流入した前記反応生成物を液体状の芳香物炭化水素と気体状の低級炭化水素とに分離する気液分離槽と、前記気液分離槽と接続されて前記気液分離槽から液体状の芳香物炭化水素を取り出す製品ラインとを有し、
前記原料供給ラインは前記一段目反応ユニットの前記反応槽と接続され、前記原料供給ラインを通じてメタノールが前記一段目反応ユニットの前記反応槽へ原料として供給され、
前記リユースラインは前記一段目反応ユニットの前記気液分離槽及び前記二段目反応ユニットの前記反応槽と接続され、前記リユースラインを通じて気体状の低級炭化水素が前記二段目反応ユニットの前記反応槽へ原料として供給される、
キシレン製造システム。 - 前記二段目反応ユニットの前記気液分離槽と接続されて、気体状の低級炭化水素を前記二段目反応ユニットの前記気液分離槽から取り出して前記二段目反応ユニットの前記反応槽へ送るリサイクルラインを、更に備える、
請求項２に記載のキシレン製造システム。 - 反応槽でメタノールを含む原料とキシレン合成触媒とを接触させることにより、キシレンを含む芳香族炭化水素と炭素原子数が５以下の低級炭化水素とを含む反応生成物を生成すること、
気液分離槽で前記反応生成物を液体状の芳香物炭化水素と気体状の低級炭化水素とに分離すること、
前記気液分離槽から液体状の芳香物炭化水素を回収すること、及び、
前記気液分離槽から気体状の低級炭化水素を取り出して前記反応槽へ送り前記原料の一部として利用すること、を含む、
キシレン製造方法。 - 第１反応槽でメタノールを含む原料とキシレン合成触媒とを接触させることにより、キシレンを含む芳香族炭化水素と炭素原子数が５以下の低級炭化水素とを含む反応生成物を生成すること、
気液分離槽で前記反応生成物を液体状の芳香物炭化水素と気体状の低級炭化水素とに分離すること、
前記気液分離槽から液体状の芳香物炭化水素を回収すること、及び、
前記気液分離槽から気体状の低級炭化水素を取り出して第２反応槽でキシレン合成触媒とを接触させることにより、キシレンを含む芳香族炭化水素を生成すること、を含む、
キシレン製造方法。
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