JPH05508172A - ガソリン中のベンゼンの減量方法 - Google Patents
ガソリン中のベンゼンの減量方法Info
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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】
ガソリン中のベンゼンの減量方法
本発明は、精油所のガソリンプール中におけるベンゼン濃度を減少させるプロセ
スに関する。また、本発明は、脱ロウプロセスから得られるガソリン副生物のオ
クタン価を向上する方法を提供する。
自動車燃料としてのガソリンに対する要求は、現代の石油精製工業において操作
の様式および方法を決定する重要な因子の一つである。精油所から得られるガソ
リン生成物は、例えば接触分解装置から得られるガソリン、直留ガソリン、改質
ガソリンおよび種々の精製操作、特に接触膜ロウなどの接触プロセスから得られ
る低沸点副生物として得られるガソリンを含めて、精油所内の種々の起源から得
られる。これらの起源が異なるガソリンのオクタン価は処理の性質によって変化
し、最終ガソリンプールのオクタン価はプール中の各成分のオクタン価およびそ
の成分の割合に依存する。自動車のエンジンの高性能化に伴って無鉛ガソリンの
使用が拡大したことにより、ガソリンプールのオクタン価を向上することが要求
されるようになったが、それによりプールの各成分のオクタン価を向上すること
が望まれることとなった。この目的を達成するためには種々の方法があるが、そ
のうちのいくつかは、必然的に、商業的精油操作における魅力を乏しくしうる妥
協を含む。例えば、分解装置を高温で操作することにより(従来、ライザーの頂
部において測定していた)FCCガソリンのオクタン価を増大させることができ
、同様に、再生器を高い過酷度で操作することにより改質ガソリンのオクタン価
を増大させることができるが、いずれの場合にも結果として収率が減少する。
接触膜ロウプロセスから得られる副庄物ガソリンの場合、米国特許第4.446
゜007号(スミス(Smith))に記載されているように、操作開始時にお
いて、温度を通常よりも高い値に急激に上昇させることにより、オクタン価を増
加することができる。しかし、脱ロウ工程において高い温度を使用することによ
り、脱ロウ生成物の収率を減少する傾向がある。従って、ガソリンブールのオク
タン価を増大するための、これに代わる手段が望まれている。
石油精製工業において顕著な別の動向は、ガソリンプール中のベンゼンを減少さ
せることにある。米国において、環境保護子はガソリンの成分を規制することを
考慮しており、EC(欧州共同体)においても同様の対策を考慮している。ベン
ゼンは改質ガソリン中に特に多く、改質プロセスにおける際だった生成物であっ
て、C6ンクロパラフインの脱水素化、適当な鎖長(C0)の直鎖パラフィンの
脱水素環化および他の芳香族の脱アルキル化により生成する。ベンゼンは、精油
工業の従来の循環改質プロセスに現在!き換わりつつある連続接触改質プロセス
において特に高濃度で生成する。簡単な分留処理により改質ガソリンのベンゼン
含量を減少させることは可能であろうが、ベンゼンの沸点が改質ガソリン中の他
の望ましく問題のない成分の沸点に近いので、この処理法も収率をかなり減少さ
せることになる。
幸運にも、トルエンなどのアルキルベンゼンは、ベンゼン自体よりも、支障にな
ることが少なく、更に、良好なオクタン価を有するので、精油ガソリンプール内
に容易に取り込むことができる。従って、望ましくないベンゼン成分のアルキル
化が、ベンゼンの問題を処理するために魅力的な手段を提示し、同時にガソリン
プールのオクタン価向上のための潜在的可能性を提供する。
そこで本発明者らは、精油ガソリンブール内のベンセン濃度を減少させることが
でき、同時に、他の精油プロセスから得られる副生物ガソリンのオクタン価を向
上する方法を提供する処理方式を考案した。本発明では、石油精製ストリームか
ら得られる富ベンゼン画分を接触脱ロウ装百においてアルキル化する。冨ベンゼ
ン画分は、改質器流出液ストリームから得ることが好ましく、C7+芳香族種お
よび他の重質成分を除去した後、接触膜ロウプロセスの副生物として生成するオ
レフィン性軽質炭化水素によりアルキル化する。接触膜ロウプロセスは、中間孔
寸法ゼオライト、好ましくはZSM−5を脱ロウ触媒として使用する蒸留液また
は潤滑剤脱ロウプロセスであることが好ましい。
添付図面において、図は、本発明の統合した脱ロウーアルキル化プロセスの簡略
化した模式的フローノートである。
本発明において、石油精製ストリームから得られる富ベンゼン画分は、接触膜ロ
ウプロセスから副生物として生成する軽質オレフィンフラグメントにより、接触
膜ロウ反応器内においてアルキル化される。富ベンゼン画分の好ましい起源は、
改質ガソリン、即ち、好ましくは白金を含有する改質触媒上において接触改質を
受けた精油ストリームである。しかし、かなりの量のベンゼンを含み、C5〜4
00°F (C,〜約203℃)、通常05〜330°F (C,〜約165℃
)の適当な沸点範囲を有する他の精油ストリームを使用することもできる。改質
ガソリンは、通常、C6〜C8芳香族炭化水素および05〜C6パラフイン炭化
水素ならびに、主としてベンゼン、トルエン、キシレンおよびエチルベンゼンか
らなる芳香族炭化水素を含む。本発明の方法において使用することができる改質
ガソリンの組成を、次の表1に示す。
比重 0.72〜0.88 0.76〜0.88 0.76〜0.83沸点範囲
(”F) 60〜400 60〜400 80〜390(℃) 15〜205
15〜205 27〜20〇二土西
ベンゼン 5〜60 5〜4010〜30トルエン 5〜6010〜4010〜
40CS芳香族” 5〜60 5〜50 5〜15(1)キシレンおよびエチル
ベンゼン成分白金改質プロセスにより得られる典型的改質ストリームの組成を、
次の表2に示す。
非芳香族C,10,2
ベンゼン 25.8
非芳香族C,0,2
トルエン 34.9
C8芳香族 10.2
C0芳香族 3.0
上記の表から判るように、ベンゼンは改質ガソリンストリームのかなりの割合を
占め、ベンゼンを除去する手段を何も採らない場合、このベンゼンは変化せずに
精油ガソリンブール内に送られる。本発明は、ベンゼンを、環境的に支障がなく
、ガソリンプールの収率およびオクタン価向上に寄与するアルキル芳香族に転化
する方法を提供する。
改質プロセスの間に、脱水素環化によりベンゼンに転化されるのはn−ヘキサン
およびイソヘキサンであり、更に、存在する全てのシクロヘキサンが脱水素化に
よりベンゼンに転化される。しかし、イソヘキサンは比較的オクタン価が高いの
で、ベンゼンを厳密に減少させることが必要な場合、ガソリンプールに直接送る
ことができる。そのような場合には、この段階におけるベンゼンの生成を最小と
するため、イソヘキサンを改質原料から分離して改質器を迂回させるべきである
。即ち、改質用供給原料を改質器に導入する前に脱イソへキサン化し、分離した
イソヘキサンを直接ガソリンプール内に送るべきである。更に、接触膜ロウ装置
のアルキル化能力は、通常、得られる改質ガソリンの体積に比べてかなりの制約
を受けるが、それは脱ロウ反応を通じて生成する軽質オレフィン成分が脱ロウ流
出液の比較的割合の小さい部分(典型的に、流出液の30重量%未満)をなすた
めである。そのため、アルキル化のために脱ロウ装置に供給する両分中における
ベンゼン以外のアルキル化可能な芳香旅程を制限して、利用できるオレフィンを
ベンゼンと反応させるために残しておくべきである。従って、改質ガソリンを分
別してC7+芳香族種を除去すべきである。このことは、改質器に導入する前の
イソヘキサン画分の除去と相まって、改質器から得られるC7−ストリームの大
部分がかなりの量のベンゼンを含み、続いて脱ロウ装!においてアルキル化を受
けることを確実にする。
Cy−画分のパラフィンのうちの少量は、脱ロウ反応器内で分解を受けて、軽質
改質ガソリン中のパラフィン含量を減少させながら、ベンゼンをアルキル化する
ためのより軽質のオレフィンを生成し、ガソリンのオクタン価を更に向上させる
ことができる。ベンゼンの減量を促進することは、脱ロウの過酷度を増して更に
オレフィンを生成したり、あるいはメタノールなどの芳香族アルキル化剤を脱ロ
ウ反応器に添加することによっても達成できる。
接触膜ロウは、今では確立された精油プロセスであり、蒸留液燃料画分の脱ロウ
および潤滑油画分の脱ロウにおいて幅広く採用されている。接触膜ロウプロセス
は、「インダストリアル・アブリケーンヨン・オブ・シェイプ・セレクティブ争
キャタリシス(Industrial^pplication of 5hap
e 5elective Catalysis)J、チェノ(Chen)および
ガーウッド(Garwood) 、キャタリシス・レビューズーサイエンス・エ
ンジニアリング(Catal、 Rev、 −3ci、 Eng、)、第28巻
(2および3)185〜264頁(1986年)(特に第241〜247頁を参
照のこと)に記載されている。接触膜ロウプロセスは、種々の石油供給原料を脱
ロウするために23M5を使用することを記載している米国特許第3.700.
585号にも開示されている。接触膜ロウプロセスを記載している特許は、米国
特許第3゜852.189号、同第3.891.540号、同第3.894,9
33号、同第3゜894.938号、同第3.894.939号、同第3.92
6.782号、同第3゜956.102号、同第3.968.024号、同第3
.980.550号、同第4゜067.797号、同第4.192.734号、
同第4.446. OO7号、同第4゜358.363号、同第4,358.3
62号を含んでおり、これらを参照して、中間孔寸法ゼオライト脱ロウ触媒を使
用する典型的な接触分解脱ロウプロセスを説明できる。この種の接触膜ロウプロ
セスは商業的操作に使用されており、モービル・ディスティレート・デワクシン
グ・プロセス(llobil Distillate Devaxing pr
ocess)(MD DW)は、直留ならびに接触分解蒸留液および軽油を含む
種々の蒸留物質の脱ロウにおいて大きな成功を収めている。1984・リファイ
ニング・プロセス・ハンドブック(Refining Process Han
dbook)、第87頁およびハイドロカーボン・プロセシング(Hydroc
arbon Processing)、第58巻、第5号、第119〜122頁
を参照。モービル・ループ・デワクシング・プロセス(MobilLube D
ewaxing process) (MLDW)も技術的に完成されており、
低流動点の高品質潤滑剤を製造する手段を提供している。1986・リファイニ
ング・プロセス・ハンドブック(Refining Process Hand
book) (ハイドロカーボン・プロセシング(Bydrocarbon P
rocessing) 1986年9月号)第90頁参照。
MDDWおよびMLDWプロセスは、ZSM−5などの中間孔寸法ゼオライト脱
ロウ触媒を使用する。ゼオライトベータ(異なる種類および構造のゼオライト)
を使用する別の脱ロウプロセスは、米国特許第4.419.220号(ラピエー
ル(LaPierre))に開示されている。MIDWとして知られるこの方法
も、そこで使用するゼオライトベータ脱ロウ触媒がベンゼンのアルキル化反応を
媒介することもできるので、改質ガソリンの改質にも使用できる。
本発明の改質ガソリンの改質プロセスは、蒸留液膜ロウプロセス(MDDW)に
関して特に有用であって、脱ロウ触媒としてZSM−5などの中間孔寸法ゼオラ
イトを使用し、そして、通常、水素の存在下、典型的に300〜850°F(約
150〜455℃)の温度、約100〜4000psig (絶対圧で約790
〜27680kPa)の水素分圧、約0.1〜10LH8vの空間速度、および
少なくとも1000SCF/BBL (約180n、 1.1−’)の水素/油
(H2/脱ロウ原料)比において接触膜ロウした蒸留液沸点範囲の供給原料を使
用する。このプロセスに特徴的な高圧は、冨ベンゼン供給原料ストリーム中のパ
ラフィンおよび芳香旅程の分解を最小にする傾向がある。蒸留液沸点範囲の供給
原料は、典型的に、400〜1000°F(約205〜540℃)、更に通常は
500〜1000°F(約260〜540℃)の範囲の沸点を有し、典型的に直
留、脱硫化もしくは接触分解した蒸留液または軽油、例えば灯油、ジェット燃料
、燃料油および暖房用油を含む蒸留燃料などである。
中間孔寸法ゼオライト脱ロウ触媒を使用する潤滑油説ロウプロセス(MLDW)
も、本発明の改質方式において使用するために好ましい脱ロウプロセスである。
蒸留液膜ロウプロセスに比べて、潤滑割膜ロウプロセスは比較的低い温度および
高い圧で操作するので、脱ロウ反応器に導入されるパラフィンおよび芳香旅程が
分解される程度は比較的低い。そのため、この反応器に全範囲改質ガソリンスト
リームを導入してよい場合がある。
潤滑割膜ロウプロセスは、米国特許第4.749.467号(チェノ)、同第4
゜181.598号(ガレスピ−(Gillespie))、同第4.137.
148号(ガレスピー)、同第4.376.036号(ゴーウッド)、同第4.
222.855号(ベルリン(Pelrine))、同第4.176.050号
(チェノ)、同第4.296.166号(ゴーリング(Gorring))およ
び同第4,229.282号(ピータース(Peters))に記載されている
。合成オフレタイト触媒を使用する脱ロウプロセスは米国特許第4.259.1
74号(チェノ)に開示されている。これらの特許を参照して、適当な潤滑割膜
ロウプロセスを説明することができる。
ZSM−5などの中間孔寸法ゼオライト脱ロウ触媒上で潤滑割膜ロウを行うため
の典型的なプロセス条件は、約500〜700°F(約260〜370℃)の温
度で、良好な製品安定性のためには約670°F(約355℃)を越えないサイ
クル終端温度が好ましく、400〜800psig (絶対圧で約2860〜5
62QkPa)の圧、1000〜4000SCF/BBLの水素/油比、通常2
000〜3000 SCF/BBLの液体供給(約180〜710、通常、約3
55〜535n、1.1−’)および0.25〜5. Ohr”、通常、0.5
〜2hr−’の空間速度(LBSV)である。
MLDWプロセス用の供給原料は、広範囲の潤滑剤沸点範囲の物質、例えば軽質
、中間または重質ニュートラル潤滑剤画分などの650’ F+ (約345℃
+)画分および残渣画分、例えばブライトストックを含むことができる。通常、
潤滑剤は最初に溶媒抽出工程に付されて、好ましくない芳香族成分、例えばフェ
ノール、フルフラールまたはN−メチルピロリドンなどが除去され、これにより
潤滑剤供給原料は通常、650’ F+(345°C+)ラフィネートとなる。
潤滑割膜ロウプロセスの比較的低い温度および高い圧は、ベンゼン画分と共に反
応器内に導入されるパラフィンおよび/または芳香旅程の分解を比較的低レベル
に保つので好ましい。高圧で操作する蒸留脱ロウプロセスも、反応器に導入され
るパラフィンおよび芳香旅程の分解を最小にする傾向がある。このような場合、
供給原料として全範囲改質ガソリンを使用することが望ましい。
ゼオライト脱ロウ触媒の存在下、脱ロウ反応器内で起こる接触膜ロウ反応は、供
給原料中の直鎖およびほぼ直鎖のロウ性成分に対して選択的な形状選択的分解反
応により進行する。分解によりオレフィン系生成物が生成し、その大部分はナフ
サあるいは更に軽質の沸点範囲に集中する。これらのオレフィンはベンゼンと反
応して、はとんどが、通常200°F+(約93℃+)のガソリン沸点範囲のア
ルキル芳香旅程を生成する。酸性脱ロウ触媒は、脱ロウ反応器内で一般的な条件
下においてアルキル化反応を容易に媒介する。
一般に約10〜1000psig (約170〜7000kPa) (水素分圧
)の範囲の圧力および反応器入口において典型的に500〜850°F(約26
0〜455℃)の操作温度で操作する脱ロウプロセスは、ベンゼンのアルキル化
を促進するために特に有効である。ベンゼンのアルキル化のために最適な操作温
度の範囲は、上述の脱ロウプロセスにおいて典型的操作温度の範囲内にあって、
典型的なベンゼン/オレフィン比である約6.6/1(ベンゼン/エチレン、モ
ル比)において約300〜425°Fである。ベンゼンの転化率は、典型的に、
この温度範囲における1パス当り10〜60%であり、相当するオレフィン転化
率は通常少なくとも60%、上記温度においては通常90%以上である。脱ロウ
プロセスの操作上の拘束は、例えば目標とする流動点に合致する必要があるが、
アルキル化反応に最適であるより更に高い温度の使用が必要な場合がある。
アルキル化芳香旅程の収率はベンゼン/オレフィン比に従って変化するが、アル
キル化のために利用できるオレフィンの限度までの高いベンゼン/オレフィン比
を用いると、収率は高くなる。通常、好ましい重量比は、0.5/1〜500/
1、最も好ましくは10/1〜50/1(ベンゼン/オレフィン、重量比)であ
る。
改質ガソリンまたは他の精油ストリームから得られる富ベンゼン画分は脱ロウ反
応器に導入され、そこで軽質オレフィンによりアルキル化を受けるが、この軽質
オレフィンは、生としてガソリンおよびC4−沸点範囲にあり、反応器内で起こ
る形状選択的脱ロウ反応により生成したものである。反応の生成物は、ベンゼン
よりも問題が少な(、精油ガソリンプール内に混合するための良好なオクタン価
を有するアルキル芳香旅程である。即ち、ベンゼンを無害にするだけでなく、ベ
ンゼンを望ましい生成物に転化し、更に、脱ロウプロセスの副生物として製造さ
れた比較的低オクタン価のガソリンを、精油ガソリンブールに混合するための更
に高オクタン価の成分に転化する。富ベンゼン画分を脱ロウ器に添加することは
、全反応発熱量を最小にもするが、固定床プロセスを使用する場合には、脱ロウ
サイクルの持続時間を長(する傾向もある。ガソリン収率および、固定床プロセ
スに使用される循環気体中の水素純度が増加するにつれて、脱ロウプロセスの軽
質ガスの生成高は減少する。
本発明の接触膜ロウ/改質プロセスを行うために好ましいゼオライトは、中間孔
寸法ゼオライト、即ち、拘束指数が1〜12のゼオライトである。これらのゼオ
ライトは、米国特許第4,016.218号(ハーグ(Haag))に記載され
ているように、少なくとも12/1のシリカ/アルミナ比を有することが好まし
い。上述の方法に使用できるゼオライトは、ZSM−5、ZSM−11、ZSM
−12、ZSM−23、ZSM−35、ZSM−38およびZSM−48であり
、これらの全てのゼオライトは米国特許第4.016,218号および同第4.
446.007号(スミス)に記載されているように既知の物質である。米国特
許第4.419゜220号(ラビエール)に記載されているように、ゼオライト
ベータを使用することもできる。
脱ロウプロセスに使用する通常の反応器の構成、好ましくはゼオライト触媒の固
定床を備えた下降流トリクルベッド反応器を使用することができる。アルキル化
反応を従来の脱ロウ反応に付加することにより、脱ロウ工程の操作が複雑化した
り価値が低下することは考えられず、脱ロウプロセスに特徴的な形状選択的分解
反応により生成するオレフィンは、重合および/または芳香族化反応を受けて高
分子量コークス前駆体を生成し、ついには脱ロウ触媒上に富習的に存在する金属
成分の存在下、コークスを生成して触媒の失活を促進するから、実際には改良が
期待できる。これらのオレフィンをアルキル化により除去することは、コークス
前駆体の生成の防止を助け、その結果、触媒のサイクル寿命において有益な効果
を得ることができる。
本発明のプロセスの簡単な模式的フローシートを図面に示す。イソヘキサンを含
むC6供給原料画分を、導管10を経由して脱イソヘキサン器11に導入し、そ
こでイソヘキサンをオーバーヘッドとして分離し、ライン12を経由して、許容
できる高オクタン価成分として精油ガソリンブールへ送る。C6原料の残部はパ
ラフィンおよびナフテンを含んでおり、これはライン13を経由して白金触媒改
質器14へ送られ、導管15から導入されるC?+ナフサ供給原料と一緒にされ
る。白金改質器14において特徴的な改質反応の進行中に放出される富水素気体
はライン16を経由して送り出され、改質ガソリンはライン17を経由して脱ブ
タン器20へ送られる。脱ブタン器から得られるC4−ガスは、オーバーヘッド
としてライン21を経由して改質器ガスプラントへ送られる。脱ブタン器の残液
は、ライン22を経由して脱ヘキサン器23へ送られてC1十残液画分を形成し
、そしてライン24を経由して取り出される。かなりの量のベンゼンを含む軽質
C6十改質ガソリンは、オーバーヘッドとしてライン25を経由して接触説ロウ
装置30に送られる。軽質改質ガソリンの一部を、導管26を介して取り出すこ
ともできる。
ロウ性供給原料、例えば蒸留液または潤滑剤改質ガソリンを、入口31を介して
接触脱ロウ器に導入することもできる。水素は、改質器排出ガスライン16に接
続されたライン32を経由して、改質器から供給を受けることができる。脱ロウ
器から得られる脱ロウ生成物、例えば低流動点の蒸留液または潤滑剤は、出口3
3を経由して取り出される。脱ロウ器から得られるC4−流出液は、ライン34
を経由して、ライン21内で、脱ブタン器からの軽質末端成分と混合される。
脱ロウ器から得られるガソリン沸点範囲画分は、(脱へキサン器23からの)ベ
ンゼンをオレフィン性膜ロウ生成物でアルキル化して生成するアルキル芳香族成
分を含めて、流出ライン35を経由して送り出される。不安定なガソリン生成物
は、ライン36から補助装置に送り出すこともできる。この画分から得られる軽
質末端成分は脱ブタン器20においてアルキル芳香族成分と共に取り出され、他
の07+物質は脱ブタン器残液として取り出される。そして、未反応ベンゼンは
改質器からの新しいベンゼンと共に再循環される。
!杓
精油所のガソリンプール内におけるベンゼン濃度を、接触脱ロウ反応器にお(X
て、脱ロウ反応から得られるオレフィン性副生物をアルキル化剤として使用し、
ベンゼンをアルキル化することにより低下させる。接触脱ロウは、ZSM−5な
どの中間孔寸法ゼオライトの存在下、蒸留液または潤滑剤沸点範囲脱ロウ原料を
使用して行うことが好ましい。富ベンゼン供給原料は、改賀ガソ1ル中に存在す
ることに支障のない種がアルキル化されることを減すため、約2%未満のCt+
芳香芳香族台むことが好ましい。
国際調査報告
国際調査報告
υS 9101462
Claims (9)
- 1.富ベンゼン画分を、酸性脱ロウ触媒の存在下、ロウ性炭化水素ストリームを 接触脱ロウする接触脱ロウゾーンに導入し、この画分中のベンゼンを、水素の存 在下、ゼオライト脱ロウ触媒の存在下で、ロウ性炭化水素ストリームを接触脱ロ ウして生成するオレフィンによりアルキル化し、該接触脱ロウおよびアルキル化 を、水素の存在下、1000〜5000SCF/BBLの水素/油比(H2/脱 ロウ供給原料)および0.1〜10LHSVの空間速度および400〜1000 psigの圧(H2分圧)において行うことを含んでなる精油ストリームから得 られる富ベンゼン画分の改質方法。
- 2.精油ストリームが改質ガソリンからなる請求の範囲1記載の方法。
- 3.富ベンゼン画分が、分留によりC7+成分を除去した改質ガソリンからなる 請求の範囲2記載の方法。
- 4.富ベンゼン画分が、C7+およびC5−成分を除去した改質ガソリンのC6 画分からなる請求の範囲3記載の方法。
- 5.改質ガソリンが、改質器流出液を分留してC7+成分を除去することによる 脱イソヘキサンナフサの改質により得られる請求の範囲4記載の方法。
- 6.接触脱ロウが、400〜1000°Fの沸点範囲を有する蒸留液炭化水素画 分の接触脱ロウを含んでなる請求の範囲1記載の方法。
- 7.接触脱ロウが、少なくとも650°Fの初期沸点を有する潤滑剤画分の接触 脱ロウを含んでなる請求の範囲1記載の方法。
- 8.接触脱ロウを、水素の存在下、中間孔寸法ゼオライト脱ロウ触媒の存在下に おいて行う請求の範囲6記載の方法。
- 9.中間孔寸法脱ロウ触媒がZSM−5である請求の範囲8記載の方法。
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