説明

スチームクラッカーにおけるオレフィン類の製造方法

【課題】原油の精製処理過程で得られる中間留分を含有する原料をスチームと共に熱処理し、オレフィン類を高収率で、かつデコーキング頻度の少ない、スチームクラッカーの効率的な運転を可能とするオレフィン類の製造方法を提供する。
【解決手段】ノルマルパラフィン含有量が10質量%以上の中間留分を含む原料を用いることにより上記課題が解決された。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、スチームクラッカーにおいて、中間留分を含有する原料をスチームと共に熱処理し、オレフィン類を高収率に製造する方法に関する。
【背景技術】
【0002】
エチレン、プロピレンなどのオレフィン類やベンゼン・トルエン・キシレンなどの芳香族類に代表される石油化学品の製造に、スチームクラッカーが広く用いられている。スチームクラッカーの原料としてナフサが主に用いられているが、原油処理量が低下してくる昨今、スチームクラッカー原料としてナフサ以外に、灯油や軽油留分等の中間留分を処理する必要が高まってきている。例えば、特許文献1には、原油から得られた水素化分解サイクル油及び/又はワックスを熱分解して、オレフィン類を得る方法が記載されている。
しかし、原料に原油の精製処理過程で得られる中間留分を用いると、スチームクラッカーの輻射部の汚れが急速に進行し、デコーキング頻度が極めて多くなり、実質運転できなくなるという問題があり、スチームクラッカーにおける中間留分の処理に大きな制約があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2005−325263号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本発明は、スチームクラッカーにおいて、原油の精製処理過程で得られる中間留分を含有する原料をスチームと共に熱処理し、オレフィン類を高収率で、かつデコーキング頻度の少ない、スチームクラッカーの効率的な運転を可能とするオレフィン類の製造方法を提供することを目的とする。
また、中間留分をガスクロマトグラフィー分析することにより、スチームクラッカーで処理可能な中間留分を迅速に提示することができる。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意研究した結果、ノルマルパラフィンを特定量含有する中間留分を含む原料をスチームクラッカーで熱処理することにより、オレフィン類を高収率で得られ、かつデコーキング頻度が少なく、スチームクラッカーを効率的に運転できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【0006】
すなわち、本発明は、スチームクラッカーにおいて、中間留分を含有し、かつ中間留分のノルマルパラフィン含有量が10質量%以上である原料をスチームと共に熱処理することを特徴とするオレフィン類の製造方法である。
【0007】
また、本発明は、原料中の中間留分比率が1容量%以上、50容量%以下であることを特徴とする前記記載のオレフィン類の製造方法である。
また、本発明は、スチームクラッカーの分解温度が770℃以上、850℃以下であることを特徴とする前記記載のオレフィン類の製造方法である。
また、本発明は、オレフィン類がエチレン及び/又はプロピレンであることを特徴とする前記記載のオレフィン類の製造方法である。
また、本発明は、中間留分のノルマルパラフィン含有量をガスクロマトグラフィー分析により求めることを特徴とする前記記載のオレフィン類の製造方法である。
【発明の効果】
【0008】
本発明により、原油の精製処理過程で得られる中間留分を含有する原料をスチームと共に熱処理し、オレフィン類を高収率で、かつデコーキング頻度の少ない、スチームクラッカーの効率的な運転を可能とするオレフィン類の製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】ノルマルパラフィンのピーク面積の求め方を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
【0011】
本発明のオレフィン類の製造方法では、スチームクラッカーにおいて、中間留分を含有し、かつ中間留分のノルマルパラフィン含有量が10質量%以上である原料をスチームと共に熱処理する。
スチームクラッカーは、原料を熱分解してエチレン、プロピレン等のオレフィン類を製造する装置で、エチレン製造装置、スチームクラッキング装置、エチレンクラッカー、エチレンクラッキング装置ともいうことがある。
スチームクラッカーの原料として、原油の精製過程で得られるナフサ留分が通常使用されるが、本発明ではナフサ留分以外に中間留分を含有する。
【0012】
ナフサ留分の性状は特に限定されないが、15℃における密度が0.65g/cm以上0.75g/cm以下、90容量%留出温度(T90)が120℃以上180℃以下のものが好ましく使用されている。
なお、ここでいう15℃における密度はJIS K2249「原油及び石油製品−密度試験方法及び密度・質量・容量換算表」により、T90はJIS K2249「石油製品−蒸留試験方法」により求められたものである。
【0013】
スチームクラッカーの原料に含有される中間留分は、ノルマルパラフィン含有量が10質量%以上であることが必要であり、15質量%以上が好ましい。ノルマルパラフィン含有量が10質量%未満であると、オレフィン収率が低下し、スチームクラッカーのデコーキング間隔が短くなるため好ましくない。一方、ノルマルパラフィン含有量の上限は特に限定されないが、50質量%以下であることが好ましく、48質量%以下がより好ましい。ノルマルパラフィン含有量が50質量%を超えると、製造した分解ガスを冷却しかつ製品の粘度を調整するために必要となるクエンチオイルの再生量が少なくなるため好ましくない。
【0014】
中間留分は上述のノルマルパラフィン含有量が所定の範囲を満たせば特に限定されないが、原油の常圧蒸留により得られる直留灯油留分、直留軽油留分、それらの留分を水素化精製処理して得られる水素化精製灯油留分、水素化精製軽油留分、及び原油の常圧蒸留により得られる重質留分及び/又は常圧残油を減圧蒸留して得られる中間留分を接触分解して得られる接触分解灯油留分、接触分解軽油留分、水素化分解処理して得られる水素化分解灯油留分、水素化分解軽油留分等を好ましく使用できる。なかでも、分解されて得られる際に水素化精製処理されている点で、水素化精製灯油留分、水素化分解軽油留分の使用が好ましい。
【0015】
上述の中間留分のノルマルパラフィン含有量は、以下の通り、ガスクロマトグラフィー分析により求めたものである。
まず、ガスクロマトグラフとしては特に限定されないが、一例として(株)島津製作所製のGC−2010装置が挙げられる。
【0016】
(分析条件)
カラム:ウルトラアロイ−HT(30m×0.25mmφ×0.15μm)
フロンティアラボ社製
キャリアガス:ヘリウム、120kPa
注入口温度:300℃
検出器:FID(Flame Ionization Detector)
検出器温度:300℃
オーブン温度:50℃(5分)〜300℃(5分)
注入量:0.3μL
スプリット比:1/70
【0017】
分析手順の要点は以下の通りである。
(1)分析ファイルを呼び出し、装置へ転送する。
(2)FID点火後ベースラインが安定したら分析を開始しクロマトグラムを測定する。
【0018】
(データ解析方法)
ガスクロマトグラムからノルマルパラフィン含有量の算出は特に限定されないが、例として島津GCソリューションなどの解析ソフトを用いて行う。
ノルマルパラフィン含有量の算出は解析ソフトを用いて以下の手順でパソコン画面上で手動で行う。
(1)炭素数の異なる標準ノルマルパラフィン試料のデータにより試料のクロマトグラムのピークがいくつの炭素数を有するノルマルパラフィンであるかを特定する。
(2)飽和分中のノルマルパラフィンの割合を以下の手順で求める(図1参照)。
(2-1)各炭素数毎にノルマルパラフィンのピークの立上がりの極小点と立下がりの極小点を結びベースラインを引き面積値を計算する。この値をクロマトグラム全体の面積値で除し割合に換算する。
(2-2)クロマトグラムの全ての炭素数のノルマルパラフィンについて同一処理を施し合算することにより、試料のノルマルパラフィン含有量とする。
図1は、炭素数16のノルマルパラフィン(nC16)のピークを例として、ピークの立上がりの極小点と立下がりの極小点を示し、この点を結んだ線がベースラインとなる。また、例としてこの方法で求めた炭素数15のノルマルパラフィン(nC15)についての面積値を黒く塗りつぶしてある。
【0019】
スチームクラッカーの原料中の中間留分比率は、下限として1容量%以上であることが好ましく、2容量%以上がより好ましく、3容量%以上がさらに好ましい。一方、上限は50容量%以下であることが好ましく、48容量%以下がより好ましく、46容量%以下がさらに好ましい。中間留分比率が1容量%を下回ると、スチームクラッカー原料の確保の点で好ましくない。一方、中間留分比率が50容量%を上回ると、プロピレンの収率が下がり望ましくない。
【0020】
本発明の製造方法では、スチームクラッカーにおいて、原料をスチームと共に熱処理する。
【0021】
スチームクラッカーの分解温度は、好ましくは770℃以上850℃以下、より好ましくは775℃以上845℃以下、さらに好ましくは780℃以上840℃以下である。分解温度が770℃を下回ると目的生成物であるエチレンやプロピレン得率が大幅に減少し、採算性が悪化する。一方、850℃を超えると副生物であるメタン生成量が急増し、スチームクラッカーの運転に支障がでるため好ましくない。
【0022】
さらに、スチームクラッカーの運転を効率よく行うために、原料の滞留時間(反応時間)は、0.1〜0.5秒が好ましく、0.15〜0.45秒がより好ましく、0.2〜0.4秒がさらに好ましい。また、スチーム/原料(質量比)は0.2〜0.9が好ましく、0.25〜0.8がより好ましく、0.3〜0.7がさらに好ましい。
【0023】
本発明の方法で得られるオレフィン類は、石油化学製品の基幹原料であるエチレン等の炭素数2〜4のオレフィン類であり、なかでもエチレン、プロピレンであることが好ましい。
【実施例】
【0024】
以下に実施例及び比較例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの例によって何ら限定されるものではない。
【0025】
[実施例1]
表1に示すナフサAと表2に示す軽油留分Aを70容量%:30容量%で混合した原料油をスチームクラッカーにて原料をスチーム/原料(質量比)0.5で導入し、分解温度800℃で0.5秒滞留させて反応させた。その結果を表3に示す。
なお、デコーキング間隔日数とは、スチームクラッカー装置の輻射管の温度が最も高い部分の差圧(ΔP)が任意の管理値を超えた場合に、スチームを投入しコークを除去する日数の間隔のことをいう。
エチレンおよびプロピレン収率(質量%)とは、24時間の間にスチームクラッカーに投入した原料の質量とスチームクラッカーから製品として出てくるエチレンおよびプロピレン生成量の質量比により求めた値のことをいう。具体的には、以下の式で求めることができる。
エチレン収率(質量%)=(エチレン生成量@24時間)/(スチームクラッカー原料の投入量@24時間)×100
プロピレン収率(質量%)=(プロピレン生成量@24時間)/(スチームクラッカー原料の投入量@24時間)×100
【0026】
【表1】

【0027】
【表2】

【0028】
[実施例2]
表1に示すナフサBと表2に示す軽油留分Aを55容量%:45容量%で混合した原料油をスチームクラッカーにてスチーム/原料(質量比)0.4で導入し、分解温度795℃で0.4秒滞留させて反応させた。その結果を表3に示す。
【0029】
[実施例3]
表1に示すナフサAと表2に示す灯油留分Aを80容量%:20容量%で混合した原料油をスチームクラッカーにてスチーム/原料(質量比)0.5で導入し、分解温度805℃で0.3秒滞留させて反応させた。その結果を表3に示す。
【0030】
[実施例4]
表1に示すナフサBと表2に示す灯油留分Aを90容量%:10容量%で混合した原料油をスチームクラッカーにてスチーム/原料(質量比)0.45で導入し、分解温度802℃で0.4秒滞留させて反応させた。その結果を表3に示す。
【0031】
[比較例1]
原料として軽油留分Aの替わりに軽油留分Bにしたこと以外は、実施例1と同様の条件で実施した。その結果を表3に記す。
【0032】
[比較例2]
原料として軽油留分Aの替わりに軽油留分Bにしたこと以外は、実施例2と同様の条件で実施した。その結果を表3に記す。
【0033】
[比較例3]
原料として灯油留分Aの替わりに灯油留分Bにしたこと以外は、実施例3と同様の条件で実施した。その結果を表3に記す。
【0034】
[比較例4]
原料として灯油留分Aの替わりに灯油留分Bにしたこと以外は、実施例4と同様の条件で実施した。その結果を表3に記す。
【0035】
【表3】

【0036】
表3の結果から、本発明のオレフィンの製造方法による実施例1〜4はいずれも、スチームクラッカーのデコーキング間隔日数を大幅に延長できるだけでなく、主の目的生成物であるエチレンやプロピレン得率を高くすることができる。一方、比較例1〜4においては、デコーキング間隔日数が極めて短く、スチームクラッカーの実質運転は不可であり、主の目的生成物であるエチレンやプロピレン得率も低くなっている。
【産業上の利用可能性】
【0037】
本発明のオレフィン類の製造方法は、スチームクラッカーにおける中間留分の利用を提供することが可能である。この方法を有効活用できれば、原油の精製処理過程で得られる種々の中間留分をスチームクラッカー原料として確保できるためオレフィンやアロマ等の石油化学製品の安定供給に寄与できるだけでなく、スチームクラッカーのデコーキング削減につながり、環境対策の点でも非常に有用である。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
スチームクラッカーにおいて、中間留分を含有し、かつ中間留分のノルマルパラフィン含有量が10質量%以上である原料をスチームと共に熱処理することを特徴とするオレフィン類の製造方法。
【請求項2】
原料中の中間留分比率が1容量%以上、50容量%以下であることを特徴とする請求項1に記載のオレフィン類の製造方法。
【請求項3】
スチームクラッカーの分解温度が770℃以上、850℃以下であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のオレフィン類の製造方法。
【請求項4】
オレフィン類がエチレン及び/又はプロピレンであることを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれかに記載のオレフィン類の製造方法。
【請求項5】
前記中間留分のノルマルパラフィン含有量をガスクロマトグラフィー分析により求めることを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれかに記載のオレフィン類の製造方法。

【図1】
image rotate


【公開番号】特開2012−7060(P2012−7060A)
【公開日】平成24年1月12日(2012.1.12)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−143381(P2010−143381)
【出願日】平成22年6月24日(2010.6.24)
【出願人】(000004444)JX日鉱日石エネルギー株式会社 (1,898)
【Fターム(参考)】