JP2005239890A - 環境対応軽油およびその製造方法 - Google Patents
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- Production Of Liquid Hydrocarbon Mixture For Refining Petroleum (AREA)
Abstract
【解決手段】環境対応軽油は、密度が0.795g/cm3以上、硫黄分が5質量ppm以下、好ましくは1質量ppm以下、全芳香族分が5〜20容量%で、かつ単位体積あたりの真発熱量が34500J/cm3以上である。硫黄分が0.5質量%以上、90容量%留出温度が370℃以下である炭化水素油を原料油とし、水素圧力3〜10MPa、反応温度280〜450℃の反応条件下で水素化処理触媒と接触させる。
【選択図】図1
Description
第1の工程で得られた反応混合物を気液分離して粗精製油を得る第2の工程と;
第2の工程で得られた粗精製油を、水素圧力3〜10MPa、反応温度280〜450℃の反応条件下で水素化処理触媒と接触させる第3の工程と;を含む環境対応軽油の製造方法が提供される。
本発明の環境対応軽油は、密度が0.795g/cm3以上、硫黄分が5質量ppm以下、1環芳香族分が5〜18容量%、多環芳香族分が2容量%以下で、かつ単位体積あたりの真発熱量が34500J/cm3以上である。
本発明の環境対応軽油の製造方法によれば、上述のような環境対応軽油を製造することができる。
本発明の環境対応軽油の製造方法における原料油は、密度が0.80〜0.90g/cm3、硫黄分が0.5質量%以上、90容量%留出温度が370℃以下である炭化水素油である。
本発明の環境対応軽油の製造方法における水素化処理に用いる反応装置は、バッチ式、流通式、固定床式、流動床式等の反応形式に特に制限はないが、固定床流通式反応装置に充填された水素化処理触媒に水素と原料油とを連続的に供給して接触させる形式が好ましい。本発明の環境対応軽油の製造方法における水素化処理は、反応温度が280〜450℃、好ましくは300〜420℃、特には320〜400℃、水素圧力が3〜10MPa、好ましくは4〜9MPa、特には4.5〜8.5MPaの反応条件で行われる。反応温度が280℃未満では、環境対応軽油の硫黄分を5質量ppm以下にすることが困難になり、450℃を超えると分解反応が著しく起こり軽油得率低下やコーキングが発生し、好ましくない。水素圧力が3MPaより低いと、環境対応軽油の硫黄分を5質量ppm以下にすることが困難になり、10MPaを超えると環境対応軽油の単位体積あたりの発熱量が小さくなり、好ましくない。本発明の環境対応軽油の製造方法における水素化処理は、好ましくは、液空間速度(LHSV)が0.1〜5h−1、さらには0.3〜3h−1の、特には0.5〜2h−1の反応条件で行うことが好ましい。LHSVが0.1h−1未満では、一定量の環境対応軽油を製造するための反応装置が大きくなり過ぎ、LHSVが5h−1を超えると、環境対応軽油の硫黄分を5質量ppm以下にすることが困難になり、好ましくない。また、本発明の環境対応軽油の製造方法における水素化処理は、好ましくは、水素/オイル比が100〜2000NL/L、さらには100〜1000NL/L、特には150〜800NL/Lの反応条件で行う。水素/オイル比が100NL/L未満では、環境対応軽油の硫黄分を5質量ppm以下にすることが困難になり、2000NL/Lを超えると、水素供給のためのコストが嵩み、経済的な環境対応軽油の製造が困難になり、好ましくない。固定床流通式反応装置で水素化処理を行う場合、水素化処理触媒は、単一触媒床に充填してもよいし、2つ以上の触媒床に分割して充填してもよい。2つ以上の触媒床に分割して水素化処理触媒を充填する場合においては、触媒床間にクエンチ水素を供給することが好ましい。触媒床間にクエンチ水素を供給する場合にあっては、反応器入口に原料油とともに供給する水素とクエンチ水素の合計量と原料油の供給量の比が、100〜2000NL/L、さらには100〜1000NL/L、特には150〜800NL/Lとすることが好ましい。
本発明の環境対応軽油の製造方法に用いる水素化処理触媒は、活性金属元素として、モリブデンおよびタングステンから選ばれる1種以上の元素とコバルトまたはニッケルから選ばれる1種以上の元素を含む多孔質体であり、公知のコバルト−モリブデン系水素化処理触媒、ニッケル−モリブデン系水素化処理触媒、ニッケル−コバルト−モリブデン系水素化処理触媒、ニッケル−タングステン系水素化処理触媒等を用いることができる。好ましくは、モリブデンとタングステンの合計の含有量が5〜50質量%、コバルトとニッケルの合計の含有量が1〜15質量%である。また、リン、ホウ素、フッ素などの元素を含むものであってよい。さらに、エチレンジアミン四酢酸(EDTA)、trans−1,2−シクロヘキサンジアミン−N,N,N’,N’−四酢酸、ニトリロ三酢酸、クエン酸等、キレート性の有機化合物を含ませた水素化処理触媒も好ましく用いられる。これらのキレート性の有機化合物は、コバルトまたはニッケルと錯体を形成した形態で水素化処理触媒に含まれていると一層好ましい。本発明の環境対応軽油の製造方法に用いる水素化処理触媒は、好ましくは、メソポアの中央細孔直径が、4〜20nmであり、さらに好ましくは4〜15nmである。さらに、好ましくは、比表面積が、30〜800m2/gであり、一層好ましくは50〜600m2/gである。本発明の環境対応軽油の製造方法に用いる水素化処理触媒は、粉体ではなく、成形体であることが好ましい。成形体の形状や成形方法に特に制限はないが、球状や柱状の形状が好ましい。球状の場合は、直径が0.5〜20mmであることが好ましい。柱状の場合の断面形状は、特に制限はないが、円型、三つ葉型、四つ葉型が好ましい断面形状として挙げられる。柱状の場合の成形体の寸法は、断面積が0.25〜400mm2、長さ0.5〜20mm程度であることが好ましい。水素化処理触媒の製造方法に特に制限はないが、多孔質無機酸化物担体に上述の活性金属元素やリン等の添加元素を含ませて製造することが好ましい。多孔質無機酸化物としては、アルミナ、シリカ、チタニア、マグネシア、ジルコニア等の酸化物、シリカ−アルミナ、シリカ−チタニア、シリカ−ジルコニア、シリカ−マグネシア、シリカ−アルミナ−チタニア、シリカ−アルミナ−ジルコニア等の複合酸化物、Y型ゼオライト、安定化Y型ゼオライト、βゼオライト、モルデナイト型ゼオライトまたはMCM−22等のゼオライトから選ばれる1種または2種以上からなるものが好ましい。また、本発明の環境対応軽油の製造方法においては、2種以上の水素化処理触媒を組合せて、反応装置内で積層させて用いてよい。軽油留分中に含まれている4−メチルジベンゾチオフェン(4−MDBT)、4,6−ジメチルジベンゾチオフェン(4,6−DMDBT)のように、ジベンゾチオフェン(DBT)の4位または6位にアルキル置換基を有する硫黄原子に対する立体障害をもつ硫黄化合物が存在することが知られており、難脱硫性硫黄化合物と呼ばれている(T.Kabe,A.Ishihara,W.Quin,“Hydrodesulfurization and Hydrodenitrogenation”,Kodansha(1999年)参照)。軽油留分を水素化処理すると、難脱硫性硫黄化合物が選択的に残留することになる。一方、このような難脱硫性硫黄化合物の脱硫には、DBT骨格中の硫黄原子を直接脱硫する反応ルート(直接脱硫ルート)よりも、DBT骨格内のベンゼン環を水素化して置換基による立体障害を緩和した後に脱硫する反応ルート(水素化脱硫ルート)を取りやすい水素化処理触媒を用いた触媒の方が有利であることが知られており、コバルト−モリブデン系水素化処理触媒とニッケル−モリブデン系水素化処理触媒とを比較すると、後者の方が水素化脱硫ルートを取りやすいことが知られている(礒田隆聡,馬筱良,持田勲,石油学会誌,37巻,368−375頁(1994年)参照)。したがって、2種類以上の水素化処理触媒を組合せて、反応装置内に積層させて用いる場合は、水素化処理触媒中に含まれるコバルトとニッケルの含有量合計に占めるニッケルの比率がより小さいものをより原料油が供給される反応器入口に近い側に、コバルトとニッケルの含有量合計に占めるニッケルの比率がより大きいものをより反応器出口に近い側に配置することが好ましい。
本発明の環境対応軽油の製造方法に用いる水素化処理触媒は、通常、硫化処理することによって活性化される。通常、硫化処理は、水素化処理触媒前駆体を、本発明の環境対応軽油の製造方法に用いる反応装置中に充填した後に行われる。この硫化処理は、約75〜400℃、好ましくは約100〜350℃で、常圧あるいはそれ以上の水素分圧の水素雰囲気下、硫黄化合物を含む石油蒸留物、それに硫黄含有化合物を添加したもの、あるいは硫化水素を用いて行う。石油蒸留物に硫黄含有化合物を添加して用いる場合の硫黄含有化合物は、硫化処理条件下で分解して硫化水素に転化し得るものであれば特に限定はないが、好ましくは、チオール類、二硫化炭素、チオフェン類、ジメチルスルフィド、ジメチルジスルフィドおよび種々のポリスルフィド類である。水素化処理触媒前駆体を反応装置に充填した後、硫化処理を開始する前に、水素化処理触媒前駆体に付着した水分を除去するための乾燥処理を行ってもよい。この乾燥処理は、水素または不活性ガスの雰囲気下で、常圧あるいはそれ以上の圧力でガスを流通させ、常温〜220℃、好ましくは150℃以下で行う。
本発明の環境対応軽油の製造方法の好ましい態様として、原料油の水素化処理によって粗精製を行う第1の工程、第1の工程で得られる反応混合物の気液分離を行う第2の工程、第2の工程で得られた粗精製油の硫黄分を5質量ppm以下に減じる水素化処理を行う第3の工程を含む環境対応軽油の製造方法がある。原料油を水素化処理すると、脱硫反応や脱窒素反応が進行し、硫化水素やアンモニアが生成するが、硫化水素やアンモニアは水素化処理触媒を被毒し、脱硫反応を阻害する性質がある。そこで、第1の工程で得られる反応混合物を第2の工程で気液分離して硫化水素やアンモニアを除去し、得られた粗精製油を第3の工程でさらに水素化処理することで、効率よく脱硫を進行させることができ、よりマイルドな条件で環境対応軽油を製造できたり、環境対応軽油を増産できたりするので好ましい。
本発明の環境対応軽油の製造方法では、上述の製造方法で得られる軽油留分をそのまま環境対応軽油として、あるいは他の基材と混合して環境対応軽油製品を調製するための基材として用いることができる。他の軽油基材としては、例えば、原油を精製して生産される灯油、フィッシャー・トロプシュ法等で誘導される合成軽油、水素化分解軽油、あるいはそれらの半製品、中間製品などの配合用基材が挙げられる。また、植物油メチルエステルなども他の軽油基材として配合することができる。本発明の軽油留分と他の軽油基材とを配合して本発明の環境対応軽油を調製する場合、所望の品質の軽油となるように適宜の割合で配合することができるが、他の軽油基材の配合割合は、20質量%以下、特には5〜15質量%にすることが好ましい。
γ-アルミナを主成分とする断面形状が三つ葉型で呼び寸法1/20インチのペレット状の担体にモリブデン、ニッケル、リンを担持して調製した水素化処理触媒Aは、触媒中にモリブデンを12質量%、ニッケルを3.3質量%、リンを2質量%含み、窒素吸着法で分析した細孔容積が0.43mL/g、比表面積が183m2/g、中央細孔径が7.8nmであった。
水素化処理触媒A100mLを固定床流通式反応装置に充填し、水素圧力5.0MPa、40L/hで水素を流通させながら2時間で室温から150℃まで昇温した。その後、以下の手順で水素化処理触媒Aを硫化処理した。硫化剤(市販軽油に1質量%の二硫化炭素を混合したもの)を水素圧力5.0MPa、水素/オイル比200NL/L、LHSV 2.0h−1、150℃の条件下で2時間通油した。その後、温度以外の条件を一定として硫化剤と水素の供給を継続し、20℃/hで230℃まで昇温して、4時間、230℃で一定とした。その後さらに、17.5℃/hで300℃まで昇温して、7時間、300℃で一定とした。この後、表1に性状を示す軽油留分Aを原料油として、水素圧力6.5MPa、水素/オイル比350NL/L、LHSV 1.0h−1、反応温度352℃の条件で水素化処理反応を行った。得られた生成油(軽油A)の性状分析結果を表2に示す。
イオン交換水50gに、三酸化モリブデン(太陽鉱工株式会社製)31.8g、45.6%炭酸コバルト(関西触媒化学株式会社製)10.7g、45.0%炭酸ニッケル(日本化学産業株式会社製)3.6g、85%リン酸(関東化学株式会社製)4.9gを加え、80℃で撹拌しながら溶解した。さらに、60℃まで自然放冷したのち、クエン酸(関東化学株式会社製)24gを加え、撹拌しながら溶解し、40℃まで自然放冷したのち、35%過酸化水素(関東化学株式会社製)8gを加え、撹拌しながら室温まで放冷して担持液を調製した。実施例1で用いた担体A120gにこの担持液をポアフィリング法で含浸させた。含浸物を130℃で一晩乾燥後、通気式ロータリーキルンで空気中550℃、30分間焼成して水素化処理触媒Bを調製した。水素化処理触媒Bの組成分析結果は、モリブデン12.6質量%、コバルト2.9質量%、ニッケル1.0質量%、リン0.8質量%であった。水素化処理触媒Bのメソポア構造を窒素吸着法で分析したところ、細孔容積は0.42mL/g、比表面積は201m2/g、中央細孔径は7.3nmだった。
乾燥担体基準でシリカアルミナ80質量%およびアルミナ20質量%からなるような配合比で、シリカアルミナ粉体および擬ベーマイト粉体を混合し、硝酸水溶液を添加して混練し、呼び寸法1/20インチ三つ葉型のダイスを通して押出成形した後、乾燥し、空気気流下600℃で1時間焼成することで担体Bを調製した。シリカアルミナ粉体としては、シリカ/アルミナモル比4.4、平均粒経8.8μm、強熱減量15.3質量%の粉体を用いた。関東化学株式会社製アンモニア水(28%)9.0gを約20mLのイオン交換水に加えて攪拌した。ここに、エチレンジアミン四酢酸(EDTA、関東化学株式会社製鹿特級)14.0gを加えて攪拌し、EDTAを溶解させた。この溶液に硝酸ニッケル六水和物(関東化学株式会社製鹿特級)29.51gを加えて攪拌し、青緑色の均一な溶液を得た。この溶液にメタタングステン酸アンモニウム水溶液(日本無機化学工業株式会社製MW−2、W濃度693g/L)47.26mLを添加して、均一な担持液約130mLを得た。担体B120gにこの担持液をポアフィリング法で含浸させた。含浸物を130℃で24時間乾燥し、水素化処理触媒Cを得た。水素化処理触媒Cの組成分析結果は、タングステン17.4質量%、ニッケル3.1質量%、炭素3.1質量%、窒素2.8質量%であった。水素化処理触媒Cのメソポア構造を窒素吸着法で分析したところ、細孔容積は0.12mL/g、比表面積は63m2/g、中央細孔径は6.3nmだった。
用いた反応装置の概略フローを図1に示す。本反応装置は、反応器1および反応器2の2つの反応器を備え、その間に高圧分離槽3とストリッパー4を備え、反応器2は高圧分離槽5、ミスト分離槽6及びストリッパー7に連結されており、それらは配管16〜42で連結されている。反応器1および2に対する水素供給は、各々、配管14および配管29、30から行われる。原料油は、配管13,15を通じて反応器1に送られる。ストリッパー4には配管23から水素ガスを供給して、ストリッパー4内に滞留する液体と気液接触させることができる。高圧分離槽3およびストリッパー4からは、各々、配管21および配管24を通して水素化処理反応で生成した硫化水素やアンモニアを含むガス(オフガス)を反応系外に除去することができる。ストリッパー4から取り出された液体は、配管26〜28,31を通じて反応器2に供給される。反応器2で水素化処理された反応混合物は、高圧分離槽5およびミスト分離槽6で気液分離され、液体成分がストリッパー7に送られてストリッピングされた後に、生成油として取り出される。
〔水素化処理触媒D〕
乾燥担体基準で、モルデナイト7質量%およびアルミナ93質量%からなり、直径1.4mmのシリンダー形状の担体150gに、モリブデン酸アンモニウム46.5g、硝酸ニッケル六水和物41.8g、リン酸溶液19.6gを含む含浸液を用いてモリブデン、ニッケル、リンを含浸した。これを130℃で一晩乾燥した後、ロータリーキルンを用いて500℃で30分間焼成して、触媒中にモリブデンを12質量%、ニッケルを4質量%およびリンを2.5質量%含む水素化処理触媒Dを調製した。なお、モルデナイト原料としては、シリカ/アルミナモル比210、ゼオライト細孔長径0.70nmの粉体を用いた。
固定床流通式反応装置に水素化処理触媒Dを100mL充填し、水素圧力9MPa、40L/hで水素を流通させながら2時間で室温から120℃まで昇温した。その後、以下の手順で水素化処理触媒Dを硫化処理した。硫化剤(市販軽油に1質量%の二硫化炭素を混合したもの)を水素圧力5.0MPa、水素/オイル比200NL/L、LHSV 2.0h−1、120℃の条件下で2時間通油した。その後、温度以外の条件を一定として硫化剤と水素の供給を継続し、27.5℃/hで230℃まで昇温して、4時間、230℃で一定とした。その後さらに、42.5℃/hで300℃まで昇温して、7時間、300℃で一定とした。この後、後述のノルマルパラフィン原料を用い、水素圧力9MPa、水素/原料油供給比1500NL/L、LHSV=0.5h−1、反応温度370℃の反応条件で水素化分解および異性化反応を行い、得られた生成油から実施例2で得られた軽油Bとほぼ同等の50容量%留出温度となるよう分留し、軽油Cを得た。ノルマルパラフィン原料としては、SMDS(Shell Middle Distillate Synthesis)製SX−60Mを用いた。これは、15℃換算での密度0.82g/mL、初留点343℃、10容量%留出温度401℃、90容量%留出温度524℃、終点581℃であり、フィッシャー・トロプシュ法により合成されたものである。
現在市販されている軽油(軽油D)を入手した。その性状を表2に示す。
窒素ガス吸着法による細孔特性の測定には、Micromeritics社製ASAP2400型測定器を用いた。
軽油留分の硫黄分の測定は、理学電機工業株式会社製ZSX101e型蛍光X線分析装置を用いて行った。
Claims (4)
- 密度が0.795g/cm3以上、硫黄分が5質量ppm以下、1環芳香族分が5〜18容量%、多環芳香族分が2容量%以下であり、かつ単位体積あたりの真発熱量が34500J/cm3以上である環境対応軽油。
- 硫黄分が1質量ppm以下である請求項1に記載の環境対応軽油。
- 請求項1または2に記載の環境対応軽油を製造する方法であって、
硫黄分が0.5質量%以上、密度が0.80〜0.90g/cm3、90容量%留出温度が370℃以下である炭化水素油を原料油とし、水素圧力3〜10MPa、反応温度280〜450℃の反応条件下で水素化処理触媒と接触させる水素化処理工程を含む環境対応軽油の製造方法。 - 請求項1または2に記載の環境対応軽油を製造する方法であって、
硫黄分が0.5質量%以上、密度が0.80〜0.90g/cm3、90容量%留出温度が370℃以下である炭化水素油を原料油とし、水素圧力3〜10MPa、反応温度280〜450℃の反応条件下で水素化処理触媒と接触させて反応混合物を得る第1の工程と;
第1の工程で得られた反応混合物を気液分離して粗精製油を得る第2の工程と;
第2の工程で得られた粗精製油を、水素圧力3〜10MPa、反応温度280〜450℃の反応条件下で水素化処理触媒と接触させる第3の工程と;を含む環境対応軽油の製造方法。
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