ナフサ／コンデンセートの芳香化により高オクタン価ガソリンを製造する装置

説明

概要：ナフサ／コンデンセートからの高オクタン価ガソリンの製造

目的：主に触媒改質を通じて、低オクタン価のナフサまたはコンデンセート原料を高オクタン価ガソリンブレンド成分にアップグレードすること。

主要な原料特性：

ナフサ：原油蒸留（常圧蒸留装置 - ADU）または他の装置からの軽質蒸留分画。一般的な沸点範囲は約30°C～200°C。オクタン価が低い（RON 40～70）。

コンデンセート：天然ガス生産から分離された非常に軽質な液体炭化水素。ナフサと同様な沸点範囲を持つが、より軽質で重質成分が少なく、パラフィン／ナフテンが多く含まれることがある。オクタン価も低い。

コアプロセス：触媒改質

これらの原料から高オクタン価ガソリンを生産する中心となるのは、触媒改質装置（CRU）です。このプロセスでは、低オクタン価炭化水素が高オクタン価成分に化学的に変換されます。

典型的なプロセスフロー

1. 原料の前処理（必須）：

目的：高価な白金系改質触媒を永久的に毒化させる原因となる不純物（硫黄、窒素、水分、金属など）を取り除くこと。

プロセス：水素処理（水素脱硫 - HDS）

ステップ:

原料に水素濃度の高いガス（循環ガス）を混合します。

高温（300〜400°C）および高圧（20〜50 bar）下で、触媒（例：CoMo/Al₂O₃）上を通します。

硫黄化合物（例：メルカプタン）はH₂Sに変換されます。

窒素化合物はNH₃に変換されます。

オレフィンは飽和している。

金属が捕捉される。

出力：硫黄（<0.5 ppm、多くの場合<0.1 ppm）および窒素が非常に少ない処理されたナフサ／コンデンセート。

2. 触媒改質：

目的：低オクタン価のパラフィンおよびナフテンを高オクタン価の芳香族および分岐鎖パラフィン（イソパラフィン）に転換すること。

主要反応：

脱水素化：ナフテン → 芳香族 + 水素（主要な高オクタン価源）

異性化：直鎖パラフィン（n-パラフィン） → 分岐鎖パラフィン（i-パラフィン）

脱水素環化：パラフィン → ナフテン → 芳香族

水素分解（望ましくない反応であり、原料を消費する）：大分子 → 小分子 + ガス（C1-C4）

プロセスタイプ：

準再生改質（SRR）：固定触媒層。装置は定期的に（6〜24か月ごと）停止して触媒の再生を行う。より高い圧力（15〜30 bar）で運転する。

連続触媒再生改質（CCR）：触媒が反応器と別体の再生装置の間で連続的に循環する。低い圧力（3〜10 bar）で運転し、より高い改質度（高オクタン価、高芳香族収率、大量の水素）を可能にする。現代では最も一般的な設計。

運転条件：

温度：480〜530°C

圧力：3〜30 bar（プロセスタイプによる）

触媒：アルミナ（Al₂O₃）上に担持された白金（Pt）。ルテニウム（Re）、スズ（Sn）、塩素（Cl）などの助剤を含む場合が多い（二元または多元金属）。

出力：

リフォーメート：高オクタン価の液体生成物（RON 95〜106）。芳香族化合物（ベンゼン、トルエン、キシレン類（BTX））および分岐鎖パラフィン類が豊富。

水素豊富ガス：貴重な副生ガス（水素処理装置、水素分解装置で利用）。

LPG：軽質ガス（C1〜C4）（水素分解反応由来）

3. 製品分離：

目的：改質生成物を軽ガスおよび水素から分離する。

プロセス:

安定塔／脱ブタン塔：改質液から軽質成分（C4およびそれ以下のガス - LPG）を除去する。

ガス回収装置：水素濃度の高いガスを軽質炭化水素ガス（C1〜C4）から分離する。水素は精製され、リフォーマー反応器および水処理装置に再循環される。

4. 分留（オプションだが一般的）：

目的：安定化された改質生成物を特定の沸点範囲に分ける。

プロセス:

分留装置は以下の成分を分離する：

軽質改質油：低沸点、高オクタン価成分（ベンゼン・トルエンを多く含む）。環境規制により、ガソリン配合前にベンゼン濃度を下げる処理が必要な場合がある。

重質改質油：高沸点成分（キシレンおよびそれ以上の芳香族化合物を多く含む）。

主要製品：

改質油：主要な高オクタン価ガソリン配合成分（RON 95〜106）。最終的なガソリン全体のオクタン価を大幅に向上させる。

重要な検討事項：

給餌品質：改質触媒は非常に敏感であるため、前処理は保護するために極めて重要です。

プロセスの苛酷度：苛酷度が高い（温度が高く、圧力が低い）ほど、オクタン価および芳香族収率は増加しますが、同時に触媒の劣化速度およびガス（LPG）生成量も増加し、液体収率は低下します。

触媒：複雑な反応には白金系触媒が不可欠です。連続再生（CCR）により、最適な性能を維持できます。

水素：他の製油所の水素化処理工程において非常に価値のある副産物です。

ベンゼン管理：改質油にはベンゼンが含まれています。規制により、最終ガソリン中のベンゼン濃度を最小限に抑える必要がある場合があり、後段の処理（ベンゼン飽和、抽出など）や慎重なブレンドが必要になることがあります。

要約すると、ナフサ／コンデンセートから高オクタン価ガソリンを生産するには、厳格な原料前処理（水処理）の後、白金触媒を用いた熱と圧力による分子の変換を行う接触改質工程が鍵となります。この工程で、高オクタン価の芳香族および分岐鎖パラフィンが生成され、分離・分留により、高オクタン価ブレンド成分であるリフォーメートと、貴重な水素ガスが得られます。

生成物分布（サンプルに応じて具体的な試験が必要）

製品の性質

高オクタン価ガソリン

注意: 高オクタン価ガソリンのベンゼン含有量 &gt;1%（推定値）

代表的な液化石油ガスの性質

触媒特性

触媒の主な特性

よくある質問

q: ナフサとコンデンセートとは何か、なぜガソリン製造に使用されるのか？

A: ナフサは原油精製で得られる軽質分留物（通常は炭素数C5〜C12の炭化水素）です。コンデンセートは天然ガス生産から回収される非常に軽質な液体炭化水素混合物（C5〜C10+）です。どちらも分子量の適した炭化水素を含んでいるため、高品位ガソリン成分に転換できるため、ガソリン製造の優れた原料となります。

2. 質問: ナフサとコンデンセートが高オクタン価ガソリンの製造に特に適しているのはなぜですか？

回答: パラフィン（n-パラフィンおよびイソパラフィン）、ナフテン類および芳香族化合物を多く含んでいます。改質などの触媒プロセスにより、ナフテン類およびパラフィン類を高オクタン価の芳香族化合物（ベンゼン、トルエン、キシレン：BTX）および分岐状イソパラフィンに転換でき、オクタン価を大幅に高めることができます。

3. 質問: ナフサ／コンデンセートを高オクタン価ガソリンに転換するための主要プロセスは何ですか？

回答: 触媒改質が主要プロセスです。通常は白金系の触媒を使用し、高温および中程度の圧力下で分子構造を再配置します。主要な反応には、ナフテン類の芳香族化合物への脱水素反応、パラフィン類のイソパラフィン類への異性化反応、パラフィン類から芳香族化合物への脱水素環化反応が含まれ、すべてがオクタン価（RON > 90）を著しく高めます。

4. 質問: 全てのナフサ／コンデンセートが直ちに改質装置に送られるのですか？

A：通常は不要です。原料油はまず水処理により硫黄や窒素などの不純物を取り除きます。これは高価な改質触媒を劣化させる原因となるからです。特定のナフサ-cut（例：ヘビーナフサ、沸点域約90〜200°C）は、芳香族化合物を多く得るために改質工程で好んで使用されます。より軽質なコンデンセート-cutは、異性化工程に回される場合があります。

5. Q: 改質以外に、他にどのようなプロセスが関与する可能性がありますか？

A: 異性化：軽質ナフサ／コンデンセート分画に含まれる低オクタン価の直鎖パラフィン（n-ペンタン、n-ヘキサン）を高オクタン価の分岐異性体に変換します。

アルキル化：流動催化分解装置（FCC）やコークス化装置（cokers）から得られる軽質オレフィンをイソブタンと反応させて非常に高いオクタン価（RON 90〜98）を持つ分岐パラフィン（アルキレート）を生成するプロセスで、ガソリンブレンドに使用されることが多いです。

ブレンド: リフォーメート（高オクタン価、高芳香族）を、イソメリート（中オクタン価、低芳香族）、アルキレート（超高オクタン価）、酸素化物（エタノールなど）、および場合によっては処理したFCCガソリンと混合して、最終的なオクタン価（RON/MON）および仕様要件を満たします。

6. Q: リフォーミングはどのようにしてオクタン数を高めるのですか？

A: リフォーミングは低オクタン成分を変換します:

ナフテン類（例: シクロヘキサン）: 高オクタン価の芳香族（ベンゼン - RON ~99）に変換されます。

パラフィン類: イソメライゼーションにより高オクタン価のイソパラフィンに、または脱水素環化によって芳香族に直接変換されます（例: n-ヘプタン RON 0 -> トルエン RON ~120）。

また、水素ガスという貴重な副生成物も生成されます。

7. Q: 高オクタン価ガソリンにナフサ/コンデンセートを使用する主な利点は何ですか？

A: 飼料の豊富さ: 原油およびガス生産の主要成分です。

高収率と高品質: リフォーミングは高オクタン価のリフォーメートを効率的に生成し、これが主要な高オクタン価ブレンド成分です。

柔軟性: 異なる切断成分を最適なプロセス（改質、異性化）に振り分けることが可能。

価値ある副生産物: 改質プロセスでは脱硫装置（加水処理装置、水素化分解装置）に不可欠な水素を生成する。

8. Q: これらの原料から高オクタン価ガソリンを製造する際の主な課題は何ですか？

A: 原料品質: 成分の変動（ナフテン/パラフィン比率、不純物）により、慎重な選定および前処理（加水処理）が必要である。

触媒の感度: 改質触媒は高価であり、毒物（硫黄、窒素、金属、水分）に対して非常に感度が高い。

芳香族化合物/ベンゼン規制: 改質油は芳香族化合物およびベンゼン含有量が高く、厳しい環境規制の対象となる（ベンゼンの水素化または抽出が必要）。

プロセスの苛酷度: 高苛酷度での改質はオクタン価を高めるが、触媒の劣化（コークス化）が促進され、液収率も低下する。

資本費および運用コスト: 改質装置および関連装置（加水処理装置）には多大な投資および運用費がかかる。